(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、
超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して、回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、さらに駆動モータの駆動軸を軸受カラーを介して支承するベースハウジングが、前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な平面上を揺動することができ、その揺動により軌道平面にて多面体が形成される超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの軸支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が前記両支柱部の間にあって、駆動モータのロータフレームの端部に構成され、そのスリップリングのブラシはベースハウジング側に取り付けられた構造で、
前記スリップリングにおいて、駆動モータ側のスリップリングの電極が円筒形状で、その電極の外周部はブラシが摺動し、その電極の内側に形成した凸形状の端子部に、超音波振動子への接続のためのリード線を取り付けるための円形の穴が構成されたスリップリングの電極であり、
前記ロータフレームの端部には電極の外径以下の凸状段差部があり、ブラシホルダとロータフレームとが接触しないようにその段差部を構成し、
前記スリップリングの電極の絶縁に用いているリング状の絶縁シートの外径がスリップリングの電極外径よりも小さいか等しい構成であり、
前記スリップリングの電極の外周部がＶ溝形状をした、
ことを特徴とする
前記超音波振動子からの受信信号を受けて、超音波画像を生成して診断する超音波診断装置に使用する超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項２】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、
超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子が、ロータフレームに２個取り付けられ、その２個の超音波振動子は１８０度の回転位置になっていることが特徴の請求項１記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項３】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、
超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子が、ロータフレームに３個取り付けられ、その３個の超音波振動子は１２０度の回転位置になっていることが特徴の請求項１、２記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項４】
超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータの回転側スリップリングの電極が円筒形状で、その電極の内側の一部に凸形状の端子部が構成されたスリップリングの電極を１つ以上使用したことが特徴の請求項１〜３記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項５】
超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータの回転側スリップリングの電極が円筒形状で、その電極の外周部はブラシが摺動し、その電極の内側の２カ所に凸形状の端子部が構成されたスリップリングの電極を１つ以上使用していることが特徴の請求項１〜４記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項６】
超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータ側のスリップリングの電極が円筒形状で、その電極の内側に凸形状の端子部が形成され、その端子部が電極の厚みよりも薄くなるように片面に段差を設けたスリップリングの電極であることが特徴の請求項４、５記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項７】
前記スリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、そのロータフレームにはスリップリングの電極の円筒部が係合して、ロータフレームと絶縁するための絶縁ブッシュが構成され、その絶縁ブッシュは２カ所の切欠きによって半円以下の部分的円の円筒部が２カ所に配置された構成となり、その切欠き部ではロータフレームの円筒部が部分的に切欠きが形成されていることが特徴のスリップリングを設けている請求項１記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項８】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、
超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングに駆動モータの駆動軸を支承する超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの軸支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、
前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、駆動モータのロータフレームの端部にそのスリップリングの電極を複数枚の絶縁シートを介して積層構成し、そのスリップリングの電極が円筒形状で、前記積層構成した電極のおのおのの内側に凸形状をした端子部が構成され、スリップリングの電極の円筒部が前記絶縁ブッシュに係合し、請求項１０に記載のロータフレームの切欠き部に１個以上のスリップリングの端子部を相対する上下の電極の端子部が重ならないように回転方向にずらして配置し、その端子がロータフレームの金属部分に接触しないように配置したことが特徴の請求項１、４、５、７記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項９】
超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングの電極の外周部がＶ溝形状であって、そのＶ溝の開き角度が６０度〜１２０度の範囲であることを特徴とした請求項１記載の超音波振動子駆動モータ装置におけるスリップリングの電極。
【請求項１０】
ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、両側に略直角に折り曲げられてコの字に成形したブラシをその穴に挿入して、ブラシの平行部がブラシホルダに近接する位置まで挿入し、そのブラシホルダには、可撓性基板を貼るための凹部が形成され、ブラシにストレスがかからないように可撓性基板のうえに設定できるようにしたブラシホルダを使用したことが特徴の請求項１記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１１】
ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、コの字に成形したブラシがその穴に挿入され、ブラシホルダに貼られた可撓性基板のうえにそのブラシが平行に設定できるようになっていて、ブラシを可撓性基板に半田接続する位置が、ブラシの線に直角の方向に対して、千鳥状にランド部を配置したことが特徴の請求項１、１０記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１２】
ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、両側を略直角に折り曲げてコの字に成形したブラシをその穴に挿入して、ブラシの平行部がブラシホルダに近接する位置まで挿入し、１本のブラシからブラシホルダの両側に形成されたブラシが、スリップリングの一つの電極に対して、両脇から２カ所に接触するように構成され、このスリップリングの構成を有することが特徴の請求項１、１０記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１３】
ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、両側を略直角に折り曲げられてコの字に成形したブラシをその穴に挿入して、ブラシの平行部がブラシホルダに近接する位置まで挿入し、１本のブラシからブラシホルダの両側に形成されたブラシが、スリップリングの一つの電極に対して、両脇から２カ所に接触するように構成され、その接触する角度が電極中心にして、１５０度〜２１０度としたスリップリングの構成を有することが特徴の請求項１２記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１４】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子がロータフレームに２個取り付けられ、１つ以上のスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、超音波振動子のグランド端子を同じ電極に接続したことが特徴の請求項１、２記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１５】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、
前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子がロータフレームに２個取り付けられ、１つ以上のスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、超音波振動子のグランド端子を同じ電極に接続し、このグランドの電極を外側に配置したことが特徴の請求項１４記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１６】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子がロータフレームに２個取り付けられ、１つ以上のスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、超音波振動子のグランド端子を同じ電極に接続し、このグランドの電極を外側に配置し、ウインドウケースの内側に向かうにしたがって超音波振動子の周波数が高くなるように配置したことが特徴の請求項１、２、１４記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１７】
超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、超音波振動子のグランド側端子をロータフレームに電気的に接続したことが特徴の請求項１、２、３記載の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１８】
超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されていて、そのスリップリングのブラシはブラシホルダを介してベースハウジング側に取り付けられた構造で、フェノール樹脂等で作られた絶縁材で形成されたブラシホルダには、線状のブラシを貫通して取り付ける穴と、ベースハウジングに固定するためのネジ部があって、可撓性基板をブラシホルダに接着固定し、ブラシを可撓性基板のランドに半田付けして、ベースハウジングの外に超音波振動子の信号線を可撓性基板を介して接続し、その可撓性基板には信号用パターンが描かれた信号用可撓性基板とグランドのパターンを描いたグランド用可撓性基板とが部分的に繋がって形成されていて、これをグランド用可撓性基板をウインドウケースの内側に配置するように、可撓性基板を重ねて折り曲げ、グランド用可撓性基板をシールド基板として、超音波振動子からの電気信号ノイズを遮断したことが特徴の請求項１の超音波振動子駆動モータ装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８記載の超音波振動子駆動モータ装置を使用した超音波診断装置。
【請求項２０】
ベースハウジングが揺動することができるように、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが設けられ、駆動モータが搭載されたベースハウジングの揺動を支承しながら、前記レールの案内部を形成したシャーシで受けた構造をした請求項１〜１８記載の超音波振動子駆動モータ装置をそれぞれ任意の揺動角度での軌道平面の超音波断層画像を画像合成することで３次元的に表示可能な３次元超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置の超音波振動子駆動モータ装置とそれを使用した超音波診断装置に関するものである。特に、超音波振動子の信号を伝達するためのスリップリングとその周辺の部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体を対象とした超音波診断装置などに用いる超音波プローブとしては、大別してリニア走査方式とセクタ走査方式とがあり、セクタ走査方式には、主として電子セクタ走査方式とメカニカルセクタ走査方式とがある。このメカニカルセクタ走査型超音波プローブとしては、医歯薬出版株式会社発行「超音波検査入門（第２版）」５４頁に記載された種類と方法が知られている。
【０００３】
従来、超音波プローブ（超音波探触子、超音波診断用プローブともいう）は、たとえば、特開平７−１８４８８８号公報及び特開平７−１６３５６２号公報、特開平７−２８９５５０号公報に記載されたもの等が知られている。
【０００４】
特開平７−２８９５５０号公報に開示されている超音波プローブは、超音波振動子を超音波プローブのハンドル軸方向に向かうように取り付け、その超音波振動子に対向して音響ミラーを設けた超音波送受信部と振動子の取付台に連結したシャフトを回転駆動する駆動モータに接続している。駆動モータの回転によって、超音波送受信部はシャフトを中心に回転し、超音波振動子のビームは音響ミラーで反射されるので、超音波振動子の駆動軸に対して反射された面でのビーム軌跡面となる。音響ミラーの傾斜角度によるが、一般的には４５度の傾斜面のため、ビーム軌跡面は駆動軸に対して垂直な面になる。
【０００５】
駆動モータが超音波振動子に比べてハンドル部側に構成されているために、シャフトで超音波振動子の取付台を回転させるために駆動軸に対して軸変換の音響ミラーが必要であるうえに、ビーム軌跡面は超音波プローブのハンドル軸方向に対して垂直な面である超音波断層画像となっている。
【０００６】
超音波振動子の信号授受手段としてはロータリトランスであり、モータの回転軸方向でモータと超音波振動子との間に構成されている。ロータリトランスは回転軸に超音波振動子側のロータリトランスを取り付け、もう一方のロータリトランスを軸方向に対向させて外層の細経チューブに取り付けられている。
【０００７】
ロータリトランスの代わりにスリップリング機構を用いているが、スリップリングは軸に付けた電極部があって、外層の細経チューブにブラシが間接的に取り付けられている。
【０００８】
駆動モータには直接超音波振動子は取り付けられていないうえに、駆動モータの軸が回転し、駆動モータから飛び出した軸は片方向である。
【０００９】
特開平７−１６３５６２号公報に開示されている超音波プローブは、超音波振動子を超音波プローブのハンドル軸方向に対してラジアル方向に向かうように取り付けられているので、特開平７−２８９５５０号公報にある音響ミラーは不要である。その超音波振動子の取付台の軸を間接的に駆動モータのシャフトに連結している。駆動モータの回転によって、超音波振動子の取付台はシャフトの軸に合わせて回転し、超音波振動子のビーム軌跡面は駆動軸に対して垂直な面となる。駆動モータの取り付けは特に記載はないが、図から判断してシャフト回転であるのでモータの外装部材を固定している。
【００１０】
駆動モータが超音波振動子に比べてハンドル部側に構成されて、シャフトで超音波振動子の取付台を回転させるためにビーム軌跡面は超音波プローブのハンドル軸方向に対して垂直な面である超音波断層画像を得る。
【００１１】
特開平７−１８４８８８号公報、特開平７−１６３５６２号公報、特開平７−２８９５５０号公報に記載された超音波診断装置はもう１軸ないために２次元超音波断層画像しか得られない。
【００１２】
また、特公平１−３１３７３号公報に開示されている超音波プローブは、プローブ本体部の中に駆動モータと駆動モータの回転方向を切り替えて振動子側に伝達するギヤクラッチとからなる回転駆動機構が内蔵されている。信号ケーブルで接続された超音波振動子はウインドウケース内で少なくとも１８０度の範囲で自動またはマニュアル操作により往復揺動回転することができる。しかし、この超音波プローブは、超音波振動子の回転方向の切り替えにギヤクラッチを使用しているために超音波振動子のビーム軌跡面はメカ的に移動規制された角度範囲を揺動することによる断層画像が得られる。
【００１３】
また、特開昭６１−２２６０２４号公報は面上に超音波振動子を複数個配列し、順次付勢させるプローブに関するものであり、ロータに超音波振動子を配置していてハウジングでロータの中心軸を支承し、ハウジングから外周部に飛び出た軸にクランク機構を連結して、その先にモータを取り付けた構造である。ロータの中心軸はハウジングに支承されているが、ハウジング自体は固定している。クランク機構があるので、モータの回転に合わせて、一定の回転速度が得られにくいなど課題がある。また、特開平６−３１５２８１号公報は圧電アクチュータに関するものであるが、３次元観測装置は圧電アクチュータに取り付けられた超音波振動子（超音波送受信素子）の２次元画像をエンコーダ位置とを使用し３次元画像処理するものである。この圧電アクチュータの支持方法は電極でもある静止部材にもう一方の電極として支持している。
【００１４】
また、電気的安全性を確保しつつ外部からのノイズに対するモータ装置への影響を低減するために、信号ラインのケーブルを同軸にするなど、いろいろな工夫がなされている。特開平９−３０８６３４号公報では信号ケーブルとグランド間にコンデンサーを設けるものであって、モータ装置について記されていない。モータ装置は設置場所などによって、対策方法が異なるために、現象が発生した時点で対策を講じている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のメカニカルセクタ走査型超音波プローブでは、超音波振動子を回転体に取り付けるために、信号授受をする機構を設ける必要があり、その機構にスリップリングとロータリトランスがある。
【００１６】
スリップリングはロータリトランスに比べると摺動部品であるために寿命が短いが、接触している関係で周波数特性が良くなる。そのために超音波振動子の超音波の周波数を高くしても伝送効率が劣化することがない。ロータリトランスは非接触であるために、モータのトルクが小さな小型モータの場合は接触負荷として作用しないために、トルク的に余裕が出てきて回転なども安定する。スリップリングの場合には摺動負荷がモータの発生トルクに占める割合が大きくなり、起動などが不安定になる。
【００１７】
以上のようにスリップリングには長短があるが、小形のモータ装置にスリップリングを使用する場合には、スリップリングのブラシと電極が接点摺動するために以下のような課題がある。
【００１８】
（１）摺動負荷がある。
【００１９】
（２）摺動低減のためには接点部の位置を内側にすればよいが、小形モータ装置の場合には部品構成上不可能な場合が多い。
【００２０】
（３）サイズ的に決定してしまえば、摺動性を安定にすることが必要。
【００２１】
（４）超音波振動子駆動モータ装置を小形にするために組立易くなくてはならない。
【００２２】
（５）超音波振動子に印加する電圧は約１００〜１５０ＶＤＣで、パルス的に印加されるので、接点飛びがあるとスパークが飛ぶために、寿命が短くなる。
【００２３】
（６）電極部を絶縁する必要がある。
【００２４】
（７）スリップリング部のシールドができない。
【００２５】
（８）２次元の超音波断層画像が得られる超音波振動子駆動モータ装置であれば、ブラシ側を固定側にする構成であって、外部への接続にはリード線などで空間を通って構成できる。ブラシ側を固定する部材も動く場合は信号線の引き回しが大変である。
【００２６】
超音波プローブを機構的に見ると以下のような課題がある。
【００２７】
（１）従来例の超音波プローブは駆動モータ軸の１軸しか軸がないために、２次元超音波診断像しか得られない。
【００２８】
（２）超音波振動子とそれを駆動する駆動モータの構成部材全体を回転させる方法で３次元機構化が可能である。しかしコンパクトに３次元機構化するためには、駆動モータと超音波振動子の位置関係において、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成するようにする必要があるが、従来例では超音波振動子は駆動モータの内部軸の範囲外に構成されているので、全体を回転させる機構にするためには非常に大きな超音波プローブとなり、実用上使用できないものとなってしまう。
【００２９】
（３）従来例の２次元断層画像は超音波振動子のビーム軌跡面は超音波プローブのハンドル軸に対して垂直な面であり、ハンドル軸に対して平行なビーム軌跡面でないために産婦人科や泌尿科などが使用する体腔内走査には十分な診断ができない。
【００３０】
（４）また、超音波振動子にケーブルが直接接続されている場合などは、超音波振動子での画像範囲が限定されるために測定範囲が狭くなり患部などの診断では超音波プローブの挿入方向を変更して何度も画像の測定を行う必要があるうえに、機構的に診断することができない範囲が増える。
【００３１】
従来例でもってコンパクトに３次元機構化するためには、
（１）駆動モータと超音波振動子の位置関係において、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構にする必要がある。
【００３２】
（２）駆動モータ部全体を揺動させる機構部にて駆動モータ部を支持するために、スリップリングからの信号線の引き回しは揺動部の運動機構学的に構成部材を見直す必要がある。
【００３３】
本発明は、上記従来の問題を解決するためにスリップリングとその周辺の部材を電気的に安全に、摺動特性を安定に構成されたものにし、超音波走査を３次元的に確保することができ、小形、軽量で走査可能な超音波振動子駆動モータ装置とそれを使用した３次元走査超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、まず、超音波振動子を駆動するモータ装置を、小形で走査面を広くするために、超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸に平行な面に形成できるように駆動モータの駆動軸をハンドル軸に対して垂直に構成する。さらに、超音波伝播媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸とビーム面を揺動する揺動軸の２つの軸を構成した超音波振動子駆動モータ装置を構成する。
【００３５】
そのために、駆動モータのロータフレームに超音波振動子を取り付け、駆動モータの駆動軸におけるモータの範囲内にビーム面を構成する。
【００３６】
駆動モータの駆動軸を介して支承する支柱部をベースハウジングの２カ所に構成する。ベースハウジングに構成した２カ所の支柱部は平行に、駆動モータの両側に構成されてウインドウケース近傍に配置する。
【００３７】
ロータフレームには２個の超音波振動子を１８０度回転位置に取り付ける場合や、３個の超音波振動子を１２０度回転位置に取り付ける場合がある。さらに超音波振動子の信号授受手段としてのスリップリングがあって、１個の超音波振動子に対してはグランド用電極と信号用電極の２つのスリップリング電極が必要である。複数個の超音波振動子を取り付ける場合、スリップリングの電極の数も多くなるのでグランドの電極は共通化する。また同時に、小形のモータ装置にするため、形状的にも組立易くするために、以下の手段を行う。
【００３８】
（１）円筒形状である。
【００３９】
（２）円筒形状の内周部を電気的に接続するための端子を形成する。
【００４０】
（３）グランド電極の場合は共通化して、１つの電極に複数個の端子を構成する。
【００４１】
（４）２個の超音波振動子の場合はグランド用電極の端子は２個である。
【００４２】
（５）端子部にはリード線を通して半田付けする穴がある。
【００４３】
（６）端子部には段差を設ける。
【００４４】
（７）端子部には半田付けのためのＵ字状切欠きがある。
【００４５】
（８）円筒部の内面の絶縁にはフェノール樹脂を採用する。
【００４６】
（９）電極間の絶縁には高分子樹脂シートを採用する。
【００４７】
（１０）電極とロータフレームの絶縁には高分子樹脂シートを採用する。
【００４８】
また、駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な揺動平面（揺動平面ｂとする）上を、つまりビーム軌跡平面に直交し、駆動軸を通る揺動平面上を揺動することができる。ベースハウジングを揺動させるためにベースハウジングに揺動曲率半径のレールを設ける。その揺動軸は駆動モータのベースハウジングにおける２つの支承点の範囲内に構成される。さらに、駆動モータが搭載されたベースハウジングの揺動をレールで支承する案内部を形成したシャーシで構成されている。
【００４９】
駆動モータの駆動軸を軸受カラーを介して支承する支柱部をベースハウジングの２カ所に構成する。その２カ所の支柱部にはさまれて駆動モータを配置する。
【００５０】
さらに、スリップリングの負荷を低減するために、
（１）スリップリングの電極の溝形状をＶ溝形状、Ｕ溝形状にする。電極形状を所定形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができる。また衝撃などでのブラシ飛びなどが発生しなくなり、ブラシ寿命が延びる。
【００５１】
（２）スリップリングの電極におけるＶ溝形状のＶ溝角度を所定の角度範囲にする。この場合も同様に、電極形状を所定形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができる。また衝撃などでのブラシ飛びなどが発生しなくなり、ブラシ寿命が延びる。
【００５２】
（３）スリップリングの１つの電極に２つのブラシを接触させる。２つのブラシがあるために、一方のブラシが電極から飛び跳ねても、もう一方のブラシは電極に接触しているので、電極とブラシは常に接続されていることになる。
【００５３】
（４）スリップリングの電極とブラシとの接触点の接触角が所定角度の範囲に設置できる部品の寸法にする。接触角によっては、同じブラシ圧での摺動負荷が異なるので、安定な摺動負荷になるようにする。
【００５４】
（５）ブラシの硬度と電極の硬度とに硬度差をもたせる。たとえば、ブラシの方は金、プラチナの合金で硬度を高くし、電極の方は金メッキを施す。
【００５５】
（６）電極には金メッキに下地を行う。
【００５６】
また、スリップリングの電極を絶縁するために、
（１）電極の間に、電極と同等程度の高分子樹脂シートを挟み込む。
【００５７】
（２）金属のロータフレーム部材との間にフェノール樹脂を介在させて電極を嵌合させる。
【００５８】
また、ブラシを安定にするために、電極の溝形状や２本ブラシでの接触や接触角以外にも、電極の間に挟む高分子樹脂シート（または、高分子材料のシート、絶縁シートともいう）をスリップリングの電極径より大きくして、ブラシが絶縁シートを飛び越して隣接する電極に入り込まないようにするなどの工夫をする。
【００５９】
また、ブラシの間隔を規制するためにブラシホルダを用いる。ブラシホルダにはＩ／Ｏ線の可撓性基板が接着固定され、その可撓性基板にブラシを半田付けしている。ブラシを可撓性基板に半田接続するためには、個々の半田部が他のブラシに接触しないように、千鳥半田できるように可撓性基板にランドが設けられている。
【００６０】
また、外部からのノイズで、画像やモータの制御に影響がないように、以下のような手段を採用している。
【００６１】
（１）振動子のグランドは共通にし、グランドのインピーダンスを低くする。グランド電極がある場合は超音波振動子のグランドをその電極に配線する。たとえば、ロータフレームに超音波振動子が２個構成される場合は、２個の超音波振動子のグランドが同じスリップリングの電極に接続する。また、ロータフレームに超音波振動子が３個構成される場合は、３個の超音波振動子のグランドを同じスリップリングの電極に接続する。
【００６２】
（２）スリップリングの電極はウインドウケースに近い所に構成されるので、電極のグランドはウインドウケースに近い方に配置する。すなわち、ロータフレームに複数個の電極が構成する場合は外側にグランドのスリップリングの電極をもってくる。
【００６３】
（３）また、複数個の超音波振動子をロータフレームに取り付ける場合は、振動子の周波数の高い方の電極をモータの内側になるように構成する。
【００６４】
（４）超音波振動子のグランドをロータフレームに電気的接続をする。
【００６５】
（５）超音波振動子の信号を外部に取り出すために、モータの制御信号への影響がないようにその可撓性基板にグランドの可撓性基板を平行に重ね合わせる構成にする。
【００６６】
さらに、超音波伝播媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸とビーム面を揺動する揺動軸の２つの軸を構成した超音波振動子駆動モータ装置を構成させる。
【００６７】
そのために、駆動モータの駆動軸におけるモータの範囲内にビーム面を構成し、駆動モータのロータフレームに超音波振動子を取り付ける。
【００６８】
駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な揺動平面（揺動平面ｂとする）上を、つまり、ビーム軌跡平面に直交し、駆動軸を通る揺動平面上を揺動することができる。
【００６９】
駆動モータの駆動軸を軸受カラーを介してベースハウジングに支承する。
【００７０】
ベースハウジングには駆動軸を支承するための支柱部が構成され、その支柱部には駆動軸を支承するための円筒部とその円筒部に繋がった平行な面を有する開口部があり、その開口部は外部に繋がっている。
【００７１】
駆動モータを装着するために、支柱部の開口部に軸受カラーの切欠き部を支柱部の円筒部まで挿入し、その後軸受カラーの円筒部を回転させて軸受カラーが支柱部から抜けないようにする。
【００７２】
ベースハウジングに設けた２カ所の支柱部は平行に配置され、駆動モータの両側に構成されて、ウインドウケース近傍に配置され、中央部のベースハウジングよりも幅寸法が小さい支柱部で駆動モータを両持ち支持して、モータ装置の剛性を強くしている。
【００７３】
駆動軸と軸受カラーとベースハウジングとは接着剤で固定して、モータ装置の剛性を高めている。
【００７４】
軸受カラーには支柱部の円筒部径よりも大きなフランジ部があり、そのフランジ部はベースハウジングの支柱部の内側に当接して取り付ける。
【００７５】
駆動モータのコイルに接続したリード線を駆動軸の一部を切欠いた部から通し、軸受カラーの駆動軸の支持穴を通して、ハンドル部側へ接続する。
【００７６】
本発明による電子−機械走査式の３次元走査用超音波振動子駆動モータ装置によって、超音波伝播媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸とビーム面を揺動する揺動軸の２つの軸を構成した超音波振動子駆動モータ装置を構成させ、超音波プローブのハンドル軸に対して平行なビーム軌跡面で超音波断層画像が得られ、その断層画像を揺動軸を中心にしてベースハウジングを揺動することで３次元の超音波断層画像が合成表示できる超音波診断装置が可能となる。
【００７７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して、回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、さらに駆動モータの駆動軸を軸受カラーを介して支承するベースハウジングが、前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な平面上を揺動することができ、その揺動により軌道平面にて多面体が形成される超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの軸支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が前記両支柱部の間にあって、駆動モータのロータフレームの端部に構成され、そのスリップリングのブラシはベースハウジング側に取り付けられた構造で、前記超音波振動子からの受信信号を受けて、超音波画像を生成して診断する超音波診断装置に使用する超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、駆動モータと超音波振動子の位置関係において、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子を構成する機構となっているのでコンパクトに３次元機構化することができる。ハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いており、駆動モータ軸はハンドル軸に対して垂直であり、超音波振動子のビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な走査面よりなる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、ベースハウジングを揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。ロータフレームの外周に取り付けた超音波振動子の信号の授受にはスリップリングを使用しているので、周波数特性が良く、伝達効率の劣化が少ない状態で超音波の周波数を高くすることができる。また、ロータフレームの端面側にスリップリングを構成していて、駆動モータの両側にはベースハウジングの支柱部があり、その支柱部により支承されているので、駆動モータの回転は安定しているうえに、超音波振動子も駆動モータの中央部に存在するので、安定した鮮明な画像が得られ、コンパクトな機構の超音波振動子駆動モータ装置が可能であるという作用を有する。
【００７８】
請求項２に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して、回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングで駆動モータの駆動軸を支承し、ベースハウジングはプローブのシャーシと一体になった超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの軸支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が前記両支柱部の間にあって、駆動モータのロータフレームの端部に構成され、そのスリップリングのブラシはベースハウジング側に取り付けられた構造で、前記超音波振動子からの受信信号を受け、超音波画像を生成して診断する超音波診断装置に使用する超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、駆動モータの端面にスリップリングを構成することで、コンパクトなモータ装置となり、超音波振動子の授受信号を短いリード線で接続でき、駆動モータのロータフレーム外周部に超音波振動子を取り付けているので、ウインドウケースとの距離も短くでき、超音波の減衰が少なく、超音波画像が鮮明になるうえに、スリップリングを使用していることで、超音波振動子の周波数が高いものも使用できる。さらに駆動モータを軸受を介して支承するベースハウジングをプローブのシャーシに取り付けることにより、コンパクトで剛性の強いモータ装置ができるという作用を有する。
【００７９】
請求項３に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子がロータフレームに２個取り付けられ、その２個の超音波振動子は１８０度の回転位置になっていることが特徴の請求項１、２記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波振動子駆動モータ装置に、２個の超音波振動子を搭載することで、その２個の超音波振動子の周波数を異なるものにすることで、１つの超音波プローブで２種類の深度をもつ距離分解能の異なったものとして扱うことができ、素子への信号の切り替えをすることにより、２つの深度の異なった超音波画像が可能になり、迅速な超音波診断が可能となるという作用を有する。
【００８０】
請求項４に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子が、ロータフレームに３個取り付けられ、その３個の超音波振動子は１２０度の回転位置になっていることが特徴の請求項１、２記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波振動子駆動モータ装置に、３個の超音波振動子を搭載することにより、その３個の超音波振動子の周波数を異なるものにすることで、１つの超音波プローブで３種類の深度をもつことができる。周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなるので、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り替えて使用することで、３つの深度の異なった超音波画像ができ、よりよい超音波診断が可能となるという作用を有する。
【００８１】
請求項５に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータの回転側スリップリングの電極が円筒形状で、その電極の内側の一部に凸形状の端子部が構成されたスリップリングの電極を１つ以上使用したことが特徴の請求項１、２、３、４記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、電極内側に電極厚さの範囲内で端子部を構成し、電極の端子部にリード線を取り付けることができ、そのリード線の接続部として薄くできるので、薄型のスリップリングの電極が構成でき、また、小形なモータ装置になるうえに、スリップリングとして形状的に組立易いという作用を有する。
【００８２】
請求項６に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータの回転側スリップリングの電極が円筒形状で、その電極の外周部はブラシが摺動し、その電極の内側の２カ所に凸形状の端子部が構成されたスリップリングの電極を１つ以上使用していることが特徴の請求項１、２、３、４記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、複数個の超音波振動子が取り付けられる場合、スリップリングの電極の数も多くなるので、電極の内側に端子部を２カ所設け、グランドの電極を共通使用することにより、薄型のスリップリングが可能になり、形状的にも組立易くなり、また、部品点数も減ることにもなり、小形なモータ装置になるという作用を有する。
【００８３】
請求項７に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータ側のスリップリングの電極が円筒形状で、その電極の外周部はブラシが摺動し、その電極の内側に形成した凸形状の端子部に、超音波振動子への接続のためのリード線を取り付けるための円形の穴が構成されたスリップリングの電極であることが特徴の請求項５、６記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、電極内側に電極の厚さの範囲内で端子部を構成し、電極の端子部の穴にリード線を取り付けることにより、電極とリード線の接続を確実にすることができるうえに、そのリード線の接続部として薄くできるので、薄形のスリップリングの電極が構成できるという作用を有する。
【００８４】
請求項８に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータの回転側スリップリングの電極が円筒形状で、その電極の内側に形成した凸形状の端子部に、超音波振動子への接続のためのリード線を取り付けるための切欠きがあって、その切欠きは半円状の円筒部とその円筒部に繋がった平行な開口部とがあって、その開口部は外部に繋がっていて、Ｕ字形状の切欠きが構成されたスリップリングの電極であることが特徴の請求項５、６記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、電極内側に電極の厚さの範囲内で端子部を構成し、電極の端子部にＵ字形状の切欠きを形成し、リード線の端末部をその切欠きに装着することで、作業時間などが短くできるうえに、電極の端子部に確実にリード線を装着することができ、その接続部への半田付けも確実にできるうえに、そのリード線の接続部として薄くできるので、薄形のスリップリングの電極が構成できるという作用を有する。
【００８５】
請求項９に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングにおいて、駆動モータ側のスリップリングの電極が円筒形状で、その電極の内側に凸形状の端子部が形成され、その端子部が電極の厚みよりも薄くなるように片面に段差を設けたスリップリングの電極であることが特徴の請求項５、６、７、８記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、電極内側に電極の厚さの範囲内で端子部を構成し、電極の端子部に段差を設けることで、その端子部へリード線の端末部を半田接続する際に半田が盛り上がり電極の端面から飛び出すのを、その段差でもって寸法的に抑えることができるので、電極とリード線の半田接続が確実にできるうえに、そのリード線の接続部として薄くでき、薄形のスリップリングの電極が構成できるという作用を有する。
【００８６】
請求項１０に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、さらに駆動モータの駆動軸を介して支承するベースハウジングが、前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な平面上を揺動することができ、その揺動により軌道平面にて多面体が形成される超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの軸支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、そのロータフレームには、スリップリングの電極の円筒部が係合してロータフレームと絶縁するための絶縁ブッシュが構成され、その絶縁ブッシュは２カ所の切欠きによって半円以下の部分的円の円筒部が２カ所に配置された構成となり、その切欠き部ではロータフレームの円筒部が部分的に切欠きが形成されていることが特徴のスリップリングを設けている超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波振動子の信号の授受をスリップリングで行うことで、周波数特性が良く、超音波の周波数を高くしても伝達効率の劣化が少ない。
【００８７】
さらに、ロータフレーム側に切欠きを設けることで電極の端子部がロータフレームに接触しないようにロータフレームの端面に取り付けることができる。
【００８８】
また、ロータフレームと電極との絶縁を絶縁ブッシュで行い、そのロータフレームにはスリップリングの電極の円筒部が絶縁ブッシュを介して係合するので、その係合部の寸法管理をすることで、電極の振れを小さくすることができる。
【００８９】
絶縁ブッシュにもロータフレームと同様に切欠きを設けて、その切欠き部に電極の端子部を配置することで、絶縁が確保された薄形のスリップリングの形成が可能になるという作用を有する。
【００９０】
請求項１１に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングの支柱部で駆動モータの駆動軸を支承する超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの駆動軸を支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、１つ以上のスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、スリップリングの電極同士の絶縁とスリップリングとロータフレーム端部との絶縁のために、リング状で高分子材料の絶縁シートを使用して絶縁をしたことが特徴の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、絶縁シートは薄手のシートをプレス等の打抜きで成形することができ、均一な絶縁シートができる。この絶縁シートによりスリップリングの電極同士の絶縁と電極とロータフレーム端面との絶縁をすることにより、スリップリングとしては薄型が可能となり、超音波振動子駆動モータ装置を小形のものを、形状的にも組立易く製作することができるという作用を有する。
【００９１】
請求項１２に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングの支柱部で駆動モータの駆動軸を支承する超音波振動子駆動モータ装置であって、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極はロータフレームの端部に構成され、そのスリップリングのブラシはベースハウジング側に取り付けられた構造で、スリップリングの電極は前記絶縁ブッシュと前記絶縁シートで絶縁が構成され、スリップリングとロータフレーム端部との絶縁のためにリング状の絶縁シートを使用する構成であって、前記ロータフレームの端部には電極の外径以下の凸状段差部があり、ブラシホルダとロータフレームとが接触しないようにその段差部を構成したことが特徴の請求項１０、１１記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、ブラシホルダはベースハウジングに固定され、ベースハウジングに対してロータフレームは回転するので、ロータフレームの端面に段差を設けてそのロータフレームの段差部に電極を取り付けることで、ブラシホルダとロータフレームが接触しないようにすることができ、さらにはコンパクトにロータフレーム端面に電極を構成できるので小形の駆動モータ装置ができるという作用を有する。
【００９２】
請求項１３に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、スリップリングの電極の絶縁に用いているリング状の絶縁シートの外径がスリップリングの電極外径よりも小さいか等しいとした請求項１１記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、絶縁シートの外径よりも電極が大きいので、電極を接着する接着剤が絶縁シートと電極との隙間からはみ出したものが電極と絶縁シートで作られる空間に流れ充填するために、接着剤が電極の外周部から摺動用の溝部に流れ込まない。生産性の良好なスリップリングが得られる。接着剤は熱硬化タイプの接着剤であって、絶縁材としての効果があるという作用を有する。
【００９３】
請求項１４に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、スリップリングの電極の絶縁に用いているリング状の絶縁シートの外径がスリップリングの電極外径よりも大きいことを特徴とするスリップリングを構成する請求項１１記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、絶縁シートを大きくすることによって、衝撃などでブラシが電極との接触状態から外れ、隣の電極のほうへ絶縁シートを乗り越えて移動することはできないので、ブラシは安定して電極の上を摺動するという作用を有する。
【００９４】
請求項１５に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングに駆動モータの駆動軸を支承する超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの軸支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、駆動モータのロータフレームの端部にそのスリップリングの電極を複数枚の絶縁シートを介して積層構成し、そのスリップリングの電極が円筒形状で、前記積層構成した電極のおのおのの内側に凸形状をした端子部が構成され、スリップリングの電極の円筒部が前記絶縁ブッシュに係合し、請求項１０に記載のロータフレームの切欠き部に１個以上のスリップリングの端子部を相対する上下の電極の端子が重ならないように回転方向にずらして配置し、その端子がロータフレームの金属部分に接触しないように配置したことが特徴の請求項１、２、５、６、１０記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、複数枚の電極でスリップリングを構成する際に、電極の内側の端子部を回転方向にずらして配置することで、端子部に半田付けされたリード線がストレスもなくロータフレームの外部へ導きだすことができるうえに、電極の端子部同士が接触しない。さらに、ロータフレーム側に切欠きを設けることで電極の端子部がロータフレームに接触しないようにロータフレームの端面に取り付けることができるという作用を有する。
【００９５】
請求項１６に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングに駆動モータの駆動軸を支承する超音波振動子駆動モータ装置であって、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が駆動モータに構成され、そのスリップリングのブラシはブラシホルダを介してベースハウジング側に取り付けられた構造で、前記ブラシはスリップリングの電極の外周部に当接して摺動することにより超音波振動子の信号を授受していて、そのスリップリングの電極の外周部がＶ溝形状をしたことが特徴の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、スリップリングの電極の外周部にＶ溝を形成することでブラシの摺動接触が安定する。
【００９６】
スリップリングの電極の溝形状をＶ溝形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、衝撃などでのブラシ飛びなどが発生しなくなり、ブラシの摺動性を安定させることができると同時に、ブラシ寿命が延びる。また、ブラシが安定に摺動接触することで摺動ロスを低減することができるという作用を有する。
【００９７】
請求項１７に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングの電極の外周部がＶ溝形状であって、そのＶ溝の開き角度が６０度〜１２０度の範囲であることを特徴とした請求項１６記載の超音波振動子駆動モータ装置におけるスリップリングの電極としたものであり、スリップリングの電極の溝形状をＶ溝形状とし、さらにＶ溝形状のＶ溝角度を所定の角度範囲にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、衝撃などのブラシ飛びなどが発生しなくなり、ブラシの摺動性を安定させることができると同時にブラシ寿命を延ばすことができる。さらに、Ｖ溝形状のＶ溝角度を所定角度範囲にすることで、安定的にブラシが摺動接触し、スリップリングでの摺動ロスを低減することができるという作用を有する。
【００９８】
請求項１８に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングの電極が駆動モータの端面側に構成され、そのスリップリングのブラシはブラシホルダを介してベースハウジング側に取り付けられ構造で、そのブラシは形状が円形でスリップリングの電極の外周部に当接して摺動することにより超音波振動子の信号を授受していて、スリップリングの電極のＶ溝形状で、そのＶ溝の開き角度が６０度〜１２０度の範囲であることが特徴の請求項１、２記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、スリップリングの電極の溝形状をＶ溝形状にし、さらにＶ溝形状のＶ溝角度を所定の角度範囲にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、衝撃などでのブラシ飛びなどが発生しなくなりブラシの摺動性を安定させることができると同時にブラシ寿命を延ばすことができる。
【００９９】
Ｖ溝形状によりブラシを安定に摺動接触することでスリップリングでの摺動ロスを低減することができるので、駆動モータの発生トルクに対するマージンが増え、信頼性のある駆動モータ装置を提供するという作用を有する。
【０１００】
請求項１９に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングに駆動モータの駆動軸を支承する超音波振動子駆動モータ装置であって、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が駆動モータに構成され、そのスリップリングのブラシはブラシホルダを介してベースハウジング側に取り付けられた構造で、前記ブラシはスリップリングの電極の外周部に当接して摺動し、超音波振動子の信号を授受していて、そのスリップリングの電極は、外周部に、両側に面方向に２０度以下のテーパよりなる面の溝があり、その溝の先には開き角９０度から１８０度のＶ溝（１８０度の時はフラット）で構成された溝形状をしており、この電極を用いたスリップリングで超音波振動子の信号の授受を行うことが特徴の超音波振動子駆動モータ装置のスリップリングとしたものであり、スリップリングの電極の外周部に開き角の大きなＶ溝を形成し、Ｖ溝の両サイドにテーパ状の壁面を設けることで、ブラシが隣の電極へ移動しなくなるので、電極とブラシは所定の関係で摺動接触することができる。
【０１０１】
スリップリングの電極の溝形状を開き角の大きなＶ溝形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができるのでブラシ寿命が延びる。また、ブラシのブラシ圧を小さめに設定できるので、ブラシの摺動ロスを低減することができるという作用を有する。
【０１０２】
請求項２０に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングに駆動モータの駆動軸を支承する超音波振動子駆動モータ装置であって、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が駆動モータに構成され、そのスリップリングのブラシはブラシホルダを介してベースハウジング側に取り付けられた構造で、ブラシはそのスリップリングの電極の外周部に当接して摺動することにより、超音波振動子の信号を授受していて、そのスリップリングの電極は、外周部に、両側に面方向に２０度以下のテーパの面を有する溝があり、その溝の先には開き角９０度から１８０度のＶ溝（１８０度の時はフラット）で構成された溝形状を有し、前記電極を用いたスリップリングを使用した請求項１、２記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、スリップリングの電極の外周部に開き角の大きなＶ溝を形成し、Ｖ溝の両サイドにテーパ状の壁面を設けることで、ブラシが隣の電極へ移動しなくなるので、電極とブラシは所定の関係で摺動接触することができる。
【０１０３】
スリップリングの電極の溝形状を開き角の大きなＶ溝形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができるのでブラシ寿命が延びる。また、ブラシのブラシ圧を小さめに設定できるので、ブラシの摺動ロスを低減することができる。
【０１０４】
また、溝形状をブラシが安定に摺動接触することでスリップリングでの摺動ロスを低減することができ、駆動モータの発生トルクに対するマージンが増えるので信頼性の高い駆動モータ装置を提供するという作用を有する。
【０１０５】
請求項２１に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、ベースハウジングに駆動モータの駆動軸を支承した超音波振動子駆動モータ装置であって、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されていて、そのスリップリングのブラシはブラシホルダを介してベースハウジング側に取り付けられた構造で、ブラシホルダはフェノール樹脂等で作られた絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴と、ベースハウジングに固定するためのネジ部があり、可撓性基板をブラシホルダに接着固定し、ブラシを可撓性基板のランドに半田付けして導通接続し、超音波振動子の信号を可撓性基板を介してベースハウジングの外に接続したことが特徴の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、ブラシホルダはベースハウジングに取り付けられ、ブラシホルダの穴にブラシが通されるので、ブラシの間隔を安定に確保できる。またブラシホルダの穴にブラシを通して根元部を固定しているので、間隔が安定するうえにブラシの曲がりの支点として確定でき、寸法的にブラシ圧を決定することができる。ブラシホルダに取り付けられたブラシの間隔はベースハウジングにより規定された位置に設定することができるために、ブラシに対して電極との摺動位置の調整が容易に行うことができるという作用を有する。
【０１０６】
請求項２２に記載の発明は、ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、両側に略直角に折り曲げられてコの字に成形したブラシをその穴に挿入して、ブラシの平行部がブラシホルダに近接する位置まで挿入し、そのブラシホルダには、可撓性基板を貼るための凹部が形成され、ブラシにストレスがかからないように可撓性基板のうえに設定できるようにしたブラシホルダを使用したことが特徴の請求項１、２、２１記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、ブラシホルダに可撓性基板を接着して固定して、外部に取り出すことができ、ブラシホルダに可撓性基板を１枚で構成できるので、複数の電極の場合での信号など可撓性基板をまとめて取り出すことができる。
【０１０７】
また、ブラシホルダに凹部が構成されているために、その凹部に可撓性基板を固定することで、ブラシをブラシホルダの面に密着して固定することができるという作用を有する。
【０１０８】
請求項２３に記載の発明は、ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、コの字に成形したブラシがその穴に挿入され、ブラシホルダに貼られた可撓性基板のうえにそのブラシが平行に設定できるようになっていて、ブラシを可撓性基板に半田接続する位置が、ブラシの線に直角の方向に対して、千鳥状にランド部を配置したことが特徴の請求項１、２、２１、２２記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、ブラシホルダに可撓性基板を接着して固定して、外部に取り出すことができる、ブラシホルダに可撓性基板を１枚で構成できるので、複数の電極の場合での信号など可撓性基板をまとめて取り出すことができる。
【０１０９】
ブラシホルダのブラシを貫通して取り付ける穴にブラシを通してブラシを固定することで、ブラシの間隔が安定するので、電極との摺動位置のばらつきがなく安定に摺動することができる。ブラシを可撓性基板に半田付けして、超音波振動子の信号を駆動モータの外部に導き出すことができ、複数の電極のスリップリングであってもブラシを可撓性基板に半田付けするランドを、ブラシに直角に配列せずに、千鳥状に配置することで、ブラシ間隔が狭くなっても、複数の電極のスリップリングを容易に構成することができるという作用を有する。
【０１１０】
請求項２４に記載の発明は、ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、両側を略直角に折り曲げられてコの字に成形したブラシをその穴に挿入して、ブラシの平行部がブラシホルダに近接する位置まで挿入し、１本のブラシからブラシホルダの両側に形成されたブラシが、スリップリングの一つの電極に対して、両脇から２カ所に接触するように構成され、このスリップリングの構成を有することが特徴の請求項１、２、２１、２２記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、コの字に成形した１つのブラシの両側を、１つのスリップリングの電極に接触させることで、１つのブラシが電極に接触する箇所を２カ所にすることができる。また、２カ所でブラシが電極に接触するために、一方のブラシが電極から飛び跳ねても、もう一方のブラシは電極に接触しているので、電極とブラシは常に接続されていることになるという作用を有する。
【０１１１】
請求項２５に記載の発明は、ブラシホルダはフェノール樹脂などの絶縁材で形成され、線状のブラシを貫通して取り付ける穴がブラシホルダの両側にあって、両側に略直角に折り曲げられてコの字に成形したブラシをその穴に挿入して、ブラシの平行部がブラシホルダに近接する位置まで挿入し、１本のブラシからブラシホルダの両側に形成されたブラシが、スリップリングの一つの電極に対して、両脇から２カ所に接触するように構成され、その接触する角度を極中心にして、１５０度〜２１０度としたスリップリングの構成を有することが特徴の請求項２４記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、コの字に成形した１本のブラシの両側を１つのスリップリングの電極に接触させることで、１つのブラシが電極に接触する箇所を２カ所にすることができる。また、２カ所でブラシが電極に接触することより、一方のブラシが電極から飛び跳ねても、もう一方のブラシは電極に接触しているので、電極とブラシは常に接続していることになる。
【０１１２】
１つの電極にブラシを摺動接触するので、接触負荷ロスが駆動モータの発生トルクに比べて大きくなりすいので、摺動する位置を規定しているので、スリップリングの負荷を低減することができる。
【０１１３】
スリップリングの電極とブラシとの接触点の接触角が所定角度の範囲に設置できることで、駆動モータの回転が両回転の場合でも、安定な摺動負荷にすることができるという作用を有する。
【０１１４】
請求項２６に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子がロータフレームに２個取り付けられ、１つ以上のスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、超音波振動子のグランド端子を同じ電極に接続したことが特徴の請求項１、２、３記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波振動子はリード線が２本出ていて、１本は電気グランドで、もう１本は信号線であり、複数の超音波振動子の場合にはグランドのラインを同じ電極に接続することで、電極の数も少なくすることができるので小形のスリップリングが構成できるという作用を有する。
【０１１５】
請求項２７に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子がロータフレームに２個取り付けられ、１つ以上のスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、超音波振動子のグランド端子を同じ電極に接続し、このグランドの電極を外側に配置したことが特徴の請求項２６記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波振動子はリード線が２本出ていて、１本は電気グランドで、もう１本は信号線で、複数の超音波振動子の場合にはグランドのラインを同じ電極に接続することで、電極の数も少なくすることができるので小形のスリップリングが構成できる。
【０１１６】
さらに、グランドの電極をウインドウケース側すなわち外側に配置することで、超音波振動子への信号は高電圧のパルス状の電圧が印加されることによる不要輻射ノイズ源としての影響を軽減することができる。
【０１１７】
また、他の医療機器やモータ装置の制御信号にノイズとして影響し、診療擾乱の発生がないようにすることができるという作用を有する。
【０１１８】
請求項２８に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させる超音波振動子がロータフレームに２個取り付けられ、１つ以上のスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されて、超音波振動子のグランド端子を同じ電極に接続し、このグランドの電極を外側に配置し、ウインドウケースの内側に向かうにしたがって超音波振動子の周波数が高くなるように配置したことが特徴の請求項１、２、３、２６、２７記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波振動子はリード線が２本出ていて、１本は電気グランドであり、もう１本は信号線で、複数の超音波振動子の場合にはグランドのラインを同じ電極に接続することで、電極の数も少なくすることができるので小形のスリップリングが構成できる。
【０１１９】
さらに、グランドの電極をウインドウケース側すなわち外側に配置することで、超音波振動子への信号は高電圧のパルス状の電圧が印加されることによる不要輻射ノイズ源としての影響を軽減することができる。
【０１２０】
また、他の医療機器やモータ装置の制御信号にノイズとして影響し、診療擾乱の発生がないようすることができる。
【０１２１】
高周波数の振動子の周波数特性は周波数の高い方が若干落ちるが、液中における周波数特性の変化は周波数が高い程減衰が大きいので、ウインドウケースの内側の方へは周波数の高い方を電極に接続することで、不要輻射のノイズの影響を少なくしているという作用を有する。
【０１２２】
請求項２９に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、超音波振動子のグランド側端子をロータフレームに電気的に接続したことが特徴の請求項１、２、３、４記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、ロータフレームに超音波振動子のグランド端子を接続することで、ウインドウケース内のモータ部の外層がグランド電位と同電位になるために外部から進入してくるノイズを遮蔽することができるという作用を有する。
【０１２３】
請求項３０に記載の発明は、超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が駆動モータのロータフレームの端部に構成されていて、そのスリップリングのブラシはブラシホルダを介してベースハウジング側に取り付けられた構造で、フェノール樹脂等で作られた絶縁材で形成されたブラシホルダには、線状のブラシを貫通して取り付ける穴と、ベースハウジングに固定するためのネジ部があって、可撓性基板をブラシホルダに接着固定し、ブラシを可撓性基板のランドに半田付けして、ベースハウジングの外に超音波振動子の信号線を可撓性基板を介して接続し、その可撓性基板には信号用パターンが描かれた信号用可撓性基板とグランドのパターンを描いたグランド用可撓性基板とが部分的に繋がって形成されていて、これをグランド用可撓性基板をウインドウケースの内側に配置するように、可撓性基板を重ねて折り曲げ、グランド用可撓性基板をシールド基板として、超音波振動子からの電気信号ノイズを遮断したことが特徴の請求項１、２、２１の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、可撓性基板を信号用基板とシールド用基板を一枚の基板として形成し、シールド用基板を信号用基板に折り重ねて、シールド基板を信号用基板のうえに構成しているために電気シールドの効果が得られるという作用を有する。
【０１２４】
請求項３１に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、さらに駆動モータの駆動軸を軸受カラーを介して支承するベースハウジングが、前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な平面上を揺動することができ、その揺動により軌道平面にて多面体が形成される超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの駆動軸を支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が、前記両支柱部の間にあって駆動モータのロータフレームの端部に構成されていて、電極は銅系材料を機械加工で仕上げたうえに、順番に
銅フラッシュ
銅メッキ
ニッケルメッキ
金フラッシュ
金メッキ
処理を施し、この電極を使用したスリップリングの構成である超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、銅系材料を母材として表面にメッキ処理を施して、摺動抵抗を低減させ、摺動部の異常摩耗がなく、安定した摺動抵抗となる。そのためスリップリングの寿命が延びるために、装置としての超音波振動子駆動モータ装置や超音波診断装置の製品寿命が延びることになるという作用を有する。
【０１２５】
請求項３２に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、
超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、さらに駆動モータの駆動軸を軸受カラーを介して支承するベースハウジングが、前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な平面上を揺動することができ、その揺動により軌道平面にて多面体が形成される超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの駆動軸を支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が前記両支柱部の間にあって、駆動モータのロータフレームの端部に構成されていて、電極は銅系材料を機械加工で仕上げたうえに、順番に
銅フラッシュ
ニッケルメッキ
金フラッシュ
金メッキ
処理を施し、この電極を使用したスリップリングの構成である超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、銅系材料を母材として表面にメッキ処理を施して、摺動抵抗を低減させ、摺動部の異常摩耗がなく、安定した摺動抵抗となる。そのためスリップリングの寿命が延びるために、装置としての超音波振動子駆動モータ装置や超音波診断装置の製品寿命が延びることになるという作用を有する。
【０１２６】
請求項３３に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、
超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸に対して回転させた超音波振動子のビーム軌道平面（軌道平面ａとする）が形成され、さらに駆動モータの駆動軸を軸受カラーを介して支承するベースハウジングが、前記軌道平面ａに対して駆動軸を通って垂直な平面上を揺動することができ、その揺動により軌道平面にて多面体が形成される超音波振動子駆動モータ装置であって、前記ベースハウジングの軸支承するための支柱部が駆動モータの両側に構成され、前記超音波振動子からの信号の授受をスリップリングで行い、そのスリップリングの電極が前記両支柱部の間にあって、駆動モータのロータフレームの端部に構成されていて、電極は銅系材料を機械加工で仕上げたうえに、順番に
ニッケルメッキ
金フラッシュ
金メッキ
処理を施し、この電極を使用したスリップリングの構成である超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、銅系材料を母材として表面にメッキ処理を施して、摺動抵抗を低減させ、摺動部の異常摩耗がなく、安定した摺動抵抗となる。そのためスリップリングの寿命が延び、装置としての超音波振動子駆動モータ装置や超音波診断装置の製品寿命が延びることになるという効果が得られる。
【０１２７】
請求項３４に記載の発明は、請求項１〜３３記載の超音波振動子駆動モータ装置を使用した超音波診断装置としたものであり、超音波振動子の信号の授受をスリップリングで行うことで、周波数特性が良く、超音波の周波数を高くしても伝達効率の劣化が少ないことで、画質の良好な超音波画像が得られる超音波診断装置ができる。
【０１２８】
請求項３５に記載の発明は、ベースハウジングが揺動することができるように、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが設けられ、駆動モータが搭載されたベースハウジングの揺動を支承しながら前記レールの案内部を形成したシャーシで受けた構造をした請求項１、３〜３３記載の超音波振動子駆動モータ装置をそれぞれ任意の揺動角度での軌道平面の超音波断層画像を画像合成することで３次元的に表示可能な３次元超音波診断装置としたものであり、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに３次元機構化することができる。
【０１２９】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【０１３０】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例におけるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。
【０１３１】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部から構成される。超音波プローブの先端には超音波振動子１、２を回転駆動させる駆動モータ３、駆動モータ３を支持するベースハウジング４が内蔵され、超音波プローブのハンドル部にはベースハウジング４を揺動させる揺動モータ５とハンドルシャフト６とが構成されている。
【０１３２】
超音波振動子１、２は駆動モータ３の回転部の外周部に取り付けられて、超音波振動子１、２のビームは駆動軸に対してラジアル方向に放射させる。その駆動モータ３が回転することよる超音波振動子１、２のビームの軌跡面は駆動軸に対して直交した面になる。すなわち、駆動モータ３の駆動軸はそのビームの軌跡面に垂直な軸である。駆動モータ３の回転位置情報を知ることは、駆動モータ３に取り付けられた超音波振動子１、２の位置情報を知ることになる。駆動モータ３の回転位置情報は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報の位置手段を併用して知ることができる。基準位置手段として磁性材のピン（図３の３７）とＭＲ素子（図示せず）で構成されている。相対位置情報手段としてエンコーダ７が組み込まれ、そのエンコーダ７は駆動モータ側にエンコーダマグネット（図４の４０）とベースハウジング４側にＭＲ素子（図４の４１）で構成されている。この駆動モータ３は５Ｈｚから１７Ｈｚまで数段階に切り替えて回転駆動する。超音波振動子１、２からの信号を駆動モータ３の外部に取り出すために、スリップリング８が駆動モータのロータ部に構成されている。超音波振動子１（または２）から放射した超音波は超音波振動子１（または２）の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１（または２）で受信され電気信号に変換されて、スリップリング８を通って駆動モータ３の外部に取り出されて、システム本体内の増幅器に送られる。
【０１３３】
従来の２次元の場合は軸が１つであるが、本実施例の場合は駆動軸と揺動軸の２軸を有する。
【０１３４】
駆動モータ３を支承するベースハウジング４が揺動可能な機構部を備え、その揺動面とはビーム軌跡面に直交する面で駆動軸を通る面である。揺動角度は左右に５５度程度揺動可能になっており、全体的として揺動角度は約１１０度程度可能である。
【０１３５】
駆動モータ３とベースハウジング４とベースハウジング４側の揺動機構部は超音波プローブの先端部に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース９内の超音波伝播媒質に内包されている。
【０１３６】
その超音波伝播媒質をシールした状態でハンドルシャフト６を用いてトルク伝達が可能になっている。そのハンドルシャフト６はベースハウジング４を揺動させるためのトルク伝達シャフトであって、ハンドル部側で揺動モータ５に接続されている。揺動モータ５には揺動角度を知ることができるように、基準位置情報手段と位置情報手段を備えたＭＲ素子を用いたエンコーダ１０が取り付けられている。
【０１３７】
また駆動モータ３を駆動するための駆動回路１１や揺動モータ３を駆動するための駆動回路１２はシステム本体内に構成されている。
【０１３８】
次にシステム本体内の送受信回路部分について説明する。超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器１３によって超音波パルスの繰返し周期を決定するレートパルスが出力され、振動子駆動回路１４に送られる。この振動子駆動回路１４では前記超音波振動子１、２を駆動し超音波を発生するための駆動パルスが形成される。超音波振動子１（または２）から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射され、送信時に用いた超音波振動子１（または２）によって受信され、この受信信号はシステム本体内の増幅器１５にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器１６で対数圧縮し、検波回路１７にて検波され、Ａ／Ｄ変換器１８にてＡ／Ｄ変換され、画像メモリ１９にストアされる。揺動によって得られた複数の画像も画像メモリ１９にストアされ、高速３Ｄ画像ＤＳＰ２０を用いて３次元画像合成処理を行って、画像処理信号はテレビフォーマットで出力されてテレビモニタ２１にて３次元超音波断層画像として表示される。
【０１３９】
図２に超音波プローブの外観斜視図を示す。図２において、２２はハンドル部を示し、揺動モータ５など中継電子回路基板が内蔵されている。２３は超音波プローブの先端部であり、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース９が先端に取り付けられていて、駆動モータ３と超音波振動子１、２などが内蔵されている。超音波プローブは本体にケーブル２４で接続されている。先端部は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。このケーブル２４は、超音波振動子１、２と超音波診断装置本体とを接続する入出力線（Ｉ／Ｏ線）と駆動モータ３と揺動モータ５を駆動制御するための電気制御線とエンコーダ７、１０などの信号線と衝撃検出用の信号線などを超音波診断装置本体と接続するケーブルであって、ケーブル被覆により保護され、かつ入出力線だけはシールドが施されていて、超音波振動子側と超音波診断装置本体側の両端で接地されている。
【０１４０】
図３、図４は、本実施例における超音波振動子駆動モータ装置の駆動モータ側の構造図を示す。説明のために図３、図４にはウインドウケースやハンドル部などのケーシング類は省略してある。
【０１４１】
図３、図４において、３は駆動モータ、４はベースハウジング、２５はシャーシ本体、２６はサイドシャーシ、２７はビス、２８は電子回路基板、２９はギアシャフト、３０はベベルギア、３１は平ギア、３２はベベルギア、６はハンドルシャフト、３３はベースハウジングに設けられたギア、３４は駆動モータのシャフトである。図１、図２と同じものについては同じ符号を用いている。
【０１４２】
駆動モータ３の回転部は駆動モータのシャフト３４を中心に回転し、ロータフレーム３５の外周部に超音波振動子１、２が取り付けられている。その超音波振動子は、トランスデューサとも呼ばれて、超音波プローブの中核をなす部品である。超音波振動子１、２の先端には音響レンズ３６がついている。音響レンズ３６は屈折の現象を有効に利用するためであって、超音波は液体中よりも固体中での方が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けた超音波振動子を使用することもある。
【０１４３】
超音波振動子１、２のビームは駆動モータ３の駆動軸（シャフト３４）に対してラジアル方向に直交している。そのためにビームの軌跡面は駆動軸に直交している。駆動モータ３の駆動軸には直交しているが、揺動センターとして考えるとハンドルの軸に対しては平行な面となっているビーム軌跡面が得られる。そのビーム軌跡面から得られる超音波断層画像は揺動範囲のセンターに位置しているとハンドル軸に対して平行な平面となる断層画像である。
【０１４４】
駆動モータ３には基準位置情報を知るための基準位置手段として磁性材のピン３７がＳＵＭ２４ＬやＳＵＹなどの磁性材よりなるロータフレーム３５の外周部に取り付けられている。このピン３７は円筒形状した部分をロータフレーム３５に取り付け、駆動回転方向に対して先端部が鋭角になるようにカット面３８が両方に設けられている。このピン３７への磁束は駆動モータ３のメインマグネットから得ている。ピン３７を検出するＺ相のＭＲ素子（図３、図４には図示せず）はベースハウジング４に取り付けられている。Ｚ相のＭＲ素子の信号はフレキシブルプリントサーキット３９（以後可撓性基板という）を通って電子回路基板２８に接続され、電子回路基板２８から超音波プローブのハンドル部へさらに超音波診断装置本体側へ接続される。
【０１４５】
また駆動モータ３の回転位置情報を知るための相対位置情報手段としてエンコーダ７が組み込まれている。そのエンコーダ７は駆動モータ３側にエンコーダマグネット４０が構成されている。エンコーダマグネット４０の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として１２ナイロン系を使用している。
【０１４６】
メインマグネットの漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット４０と、ベースハウジング４側に取り付けられたＡＢ相のＭＲ素子４１との隙間を非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット４０を膨潤などの影響を小さくする必要がある。そのために、超音波伝播媒質中で使用されるなどの膨潤の影響を考慮して、エンコーダマグネット４０におけるプラスチックマグネットのフェライトの含有量が７９％以上の磁性材を使用している。
【０１４７】
また、添加剤の入ったオイルを超音波伝播媒質に使用する場合は１２ナイロン以外のプラスチック材料としてポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳと一般呼ばれている）であるプラスチックマグネットを使用する。
【０１４８】
ＡＢ相のＭＲ素子４１の信号は可撓性基板４５を通って電子回路基板２８に接続され、電子回路基板２８から超音波プローブのハンドル部へさらに超音波装置本体側へ接続される。
【０１４９】
超音波振動子１、２への送受信信号を駆動モータ３の外部に取り出すために、スリップリング８が構成されている。スリップリングの代わりにロータリトランスであってもいい。スリップリング８は駆動モータ３側に絶縁シートなどの絶縁材を中間に介在させて、所用数量の電極４２を構成しており、その電極４２には超音波振動子１、２が接続されている。その電極４２にはそれぞれの電極にコンタクトして電気的に接続をするためのブラシ４３がフェノール樹脂材などの電気絶縁材からなるブラシホルダ４４を介してベースハウジング４に取り付けられている。ブラシ４３からの信号（Ｉ／Ｏ信号）は可撓性基板４６を通って超音波診断装置本体側へ接続される。
【０１５０】
駆動モータ３のモータ線８２も可撓性基板４７を通って電子回路基板２８に接続され、電子回路基板２８から超音波プローブのハンドル部へさらに超音波装置本体側へ接続される。
【０１５１】
駆動モータ３が揺動回転可能に支承するベースハウジング４は、駆動モータ３の両側の軸受部を支承し、Ｕ字形状をしていて、さらにベースハウジング４には揺動するためのレールが両側にあり、そのレールを揺動可能にシャーシ本体２５、サイドシャーシ２６で支持している。またベースハウジング４に揺動するトルクを伝達するためにギア３３が一体に設けられている。そのギア３３はベースハウジング４の揺動軸に対して全周ではなく部分的に構成されている。
【０１５２】
揺動モータ５からのトルクはハンドルシャフト６に伝達され、ハンドルシャフト６の先端に取り付けられたベベルギア３２を回転させ、ベベルギア３２の相手のベベルギア３０に伝達させる。ベベルギア３０はギアシャフト２９に圧入等で固定されていて、そのギアシャフト２９には平ギア３１も圧入等で締結されている。そのギアシャフト２９はシャーシ本体２５に取り付けられたボール軸受とサイドシャーシ２６に取り付けられたボール軸受とで回転可能に支承されている。そのためにベベルギア３０に伝達されたトルクは平ギア３１を介して、平ギア３１の相手ギア３３に伝達されることでベースハウジング４は揺動モータ５にて揺動することができる。
【０１５３】
平ギア３１、ベベルギア３０、ベベルギア３２は銅系材料でギア加工されている、揺動運動でのギア摩耗の観点で無電解ニッケルメッキ処理がなされている。
【０１５４】
また、摺動抵抗を低減するためにテフロンをコンポジットした電解液で、テフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理を、平ギア３１、ベベルギア３０、ベベルギア３２などに施すこともある。また、ホウ素を入れた無電解ニッケルメッキ処理を、平ギア３１、ベベルギア３０、ベベルギア３２に施すこともある。
【０１５５】
ギアの摩耗粉はスリップリングの電極とブラシの間に入ったりすると、超音波振動子の信号にノイズとして入り込むので、できるだけ発生しないように、表面処理をしないものでもバリなどに注意を払っている。また銅系材料の場合は酸洗いなどで加工バリを除去している。
【０１５６】
ベースハウジング４の揺動は、ベースハウジング４に設けられたレールをシャーシ本体２５とサイドシャーシ２６のレールの案内溝で揺動可能に支承していて、シャーシ本体２５とサイドシャーシ２６はビス２７で固定されていて一体となったシャーシとして作用する。シャーシ本体とサイドシャーシは予め一体となったものでもよい。
【０１５７】
シャーシ本体２５にはハンドルシャフト６を回動支承する軸受部材が固定されている。ハンドルシャフト６は駆動モータのシャフト３４やギアシャフト２９に比べて長いために、２個の軸受にて回転支承している。その２個の軸受は調芯が可能なように予圧をかけずに使用している。その一つの軸受部がシャーシ本体２５の中央部近くに構成され、もう１つの軸受はハンドル部側に構成されている。
【０１５８】
超音波振動子１、２は駆動モータ３で回転されるので、超音波振動子１、２のビームの軌跡面（駆動ビーム軌跡面とする）は駆動モータ３の駆動軸に対して直交する面である。図３から分かるように、超音波振動子１（または２）から超音波を送受信して得られる超音波振動子配列方向の超音波断層画像取得領域は３６０度の全周ではなくシャーシ本体２５とサイドシャーシ２６に妨げられて、ある範囲になる。図３では角度αで示される範囲となる。その範囲が超音波振動子１、２で走査できる超音波走査可能領域を表す。実際の超音波診断装置では反射の問題などを考慮して幾何学的な角度αよりも少し小さな設定となっている。本実施例の場合では２３０度となっている。
【０１５９】
超音波振動子１、２は、軸受を介して両持ち支持された駆動モータ３のロータフレーム３５の外周に取り付けられていることにより、駆動モータ３の両軸受の間に構成されている。したがって駆動軸に対して超音波断層画像は直交していて、ハンドル軸に対して直交することはない。
【０１６０】
揺動範囲は全周であると考えると、揺動による超音波振動子のビーム軌跡面（揺動ビーム軌跡面とする）のうち断層画像が走査できる範囲は、図３から分かるようにシャーシ本体２５とサイドシャーシ２６の合わせた中央部に可撓性基板などの部品のために空間が開いているために広い角度まで可能であるが、実際、ベースハウジングに形成するギアの範囲によって制約を受ける。揺動角度はハンドル軸をセンターとして両側が同じ角度に設定され、図４に表示する揺動角度βはハンドル軸センターで振り分けされた角度となっている。本実施例では１００度になっている。この揺動ビーム軌跡面は駆動ビーム軌跡面に直交し、駆動軸を通る平面であり、ハンドル軸に平行である。
【０１６１】
駆動モータ３を回転させて駆動ビーム軌跡面で超音波断層画像を取りながら、駆動モータ３を揺動させると駆動ビーム面が揺動ビーム面に直交しながら揺動軸を中心に走査できるので、超音波断層画像としては３次元の領域のものが得られる。
【０１６２】
このように、本実施例では３次元走査用超音波プローブが可能となる。たとえば、２３０度領域を１００度揺動した範囲の超音波断層画像が得られるという従来にない測定範囲の広いものを得ることができる。また、３次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小形化することができるという利点を有する。
【０１６３】
本実施例では超音波振動子を２個使用している。符号では１、２である。超音波振動子を２個使用することにより、２種類の超音波振動子を搭載することができるので、１つの超音波プローブで２つの距離分解能の異なったものを扱える。
【０１６４】
一般に距離分解能は周波数が高いと向上するが、周波数が高くなると逆に超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなる。しかし、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り替えて使用することができることにより、よりよい超音波診断が可能となる。
【０１６５】
また、ロータフレーム３５に取り付けた超音波振動子１、２は、一方の超音波振動子から放射した超音波がもう一方の超音波振動子でも受信され、超音波の受信信号にノイズとして入らないように、１８０度の対で取り付けている。スリップリングの場合は影響がほとんどないが、ロータリトランスなどの場合ではクロストークとして、画像のノイズとなるので、充分な配慮が必要となる。
【０１６６】
図５はロータフレームにスリップリングを取り付けたところを説明するための断面図である。図５においてロータフレーム３５、駆動モータのシャフト３４、ボール軸受１００である。図３、図４と同じものについては同じ符号を用いている。
【０１６７】
駆動モータのシャフト３４に対してロータフレーム３５はボール軸受１００を介して回転する（片方のボール軸受側の断面図であるので、片方のボール軸受しか表していない）。ロータフレーム３５の端面側に絶縁を保ってスリップリングの電極４２が取り付けられている。
【０１６８】
実施例では超音波振動子は２個あるので、スリップリングの電極は信号用電極２個とグランド電極１個で構成される。すなわち、図５において、電極４２（図４での符号と同じ）は３個の電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃで構成されていて、それぞれ電極は高分子材料の絶縁シート４８ａ、４８ｂ、４８ｃで絶縁されている。この絶縁シート４８の厚みは電極４２の厚みより小さく、以下の条件のものを使用する。
【０１６９】
絶縁シートの厚みは０．０５ｍｍ以上
絶縁シートの厚みは電極の厚みの１／２以下
上記の条件で厚みを規定し、材料については超音波振動子に印加される電圧を考慮して選ぶ。超音波診断装置であれば、一般に印加電圧はＤＣ１００Ｖ〜ＤＣ２００Ｖであるので、絶縁シートの絶縁耐圧は３００Ｖ／０．０５ｍｍ以上ある材料を選択する。たとえば、絶縁シートの高分子材料としてはポリエステルを使用する。本実施例に使用したポリエステルフィルムは絶縁耐圧１２ｋＶ／０．０５ｍｍである。
【０１７０】
図５で示す絶縁シート４８の外径は電極４２の外径よりも大きくなっている。絶縁シート４８を大きくすることによって、衝撃などでブラシ４３（図５には図示せず、図４の４３）が電極４２との接触状態から外れ、隣の電極４２にブラシ４３が乗り上げることがない。ブラシ圧（ブラシ接圧、ブラシ圧力ともいう）と変位との関係が後述する所定の範囲の場合、たとえば、荷重あたりの変位量を考慮して絶縁シートの外径と電極の外径の差をブラシ圧（または荷重）２ｇあたり変位量程度にしている。実施例の一例として、０．２６ｍｍ／ｇの場合には、絶縁シート４８の外径と電極４２の外径の差を０．４ｍｍで設計した。
【０１７１】
図６はブラシとスリップリングの電極との関係を説明するための図である。ブラシ４３はブラシホルダ４４に取り付けられている。電極４２は絶縁シート４８で絶縁を確保しながらロータフレーム３５に接着固定されている。
【０１７２】
ブラシホルダ４４はベースハウジング４に固定されており、ベースハウジング４から観ると、ベースハウジング４に対して、ロータフレーム３５は回転する。すなわち、ロータフレーム３５に取り付けられた電極４２も回転する。
電極間には絶縁シート４８が挟まれて電極間の絶縁を確保している。さらにロータフレーム３５と電極４２との間の絶縁にも絶縁シート４８を用いて、絶縁を確保しているが、絶縁シート４８の厚みは電極４２の厚みの１／２以下であって、ロータフレーム３５と電極４２との距離は電極間の距離よりも短いために、ブラシ４３を取り付けているブラシホルダ４４が接触してしまうことになるので、図５、図６に示すように、ロータフレーム３５に電極径と同じかそれよりも小さな径の凸部１０１を設けて、電極の溝とロータフレームとの実用的な距離を確保している。すなわち、電極間同士の距離以上に電極４２とロータフレーム３５との実用的な距離を構成するようにロータフレーム３５の凸部１０１を形成している。実用的な距離とはロータフレーム３５の凸部１０１の大きさをロータフレーム３５とは見なさず、ブラシホルダ４４に対向するロータフレーム３５の箇所と電極４２との距離をいう。図６に実用的な距離をａとして表す。
【０１７３】
ロータフレーム３５の凸部１０１をロータフレーム３５とみなさないということはその部分を別な部材にすることでも同様な効果が得られる。たとえば、ロータフレーム３５と電極４２との間に絶縁シート４８を複数枚使用してロータフレーム３５と電極４２との距離を確保してもよい。
【０１７４】
ブラシホルダ４４はベースハウジング４に取り付けられ、ブラシ４３の間隔を安定的に確保できるように穴（図１４の５３）にブラシ４３を通して根元部を固定している。ブラシホルダ４４に取り付けられたブラシ４３の間隔はベースハウジング４から規定された位置に存在する。ブラシホルダ４４に保持されているブラシ４３に対して電極４２とが安定に接圧摺動するためには、電極４２の位置とブラシ４３の位置を規定する。その規定値に入れるために、電極４２のついたロータ部を駆動軸方向に動かして位置調整する。ロータ部の位置調整は具体的な例として、軸受間に複数枚のスペーサを入れ、そのスペーサの枚数で調整する。
【０１７５】
図５、図６に示すように、スリップリングの電極４２の外周面にはＶ溝が設けられていて、円形断面の線ブラシ４３を安定に位置規制摺動させる。線ブラシ４３を安定に摺動するためにはブラシ圧を規定範囲に調整する必要がある。ブラシ圧を大きくすると、摺動ロスが増えて、モータが小型の場合は発生トルクに対するブラシの摺動ロスの割合が大きくなり、起動不良などの原因になりやすいので、ブラシの線径や溝形状などについて充分に注意した設計が必要である。
【０１７６】
まず、ブラシの線径について考える。
【０１７７】
ブラシ圧と変位量の関係は比例関係にある。ウインドウケースが２５．４ｍｍ以下のプローブ先端に駆動モータを内蔵する機構の場合には、ブラシの支点と作用点との距離をあまり長くできない。その支点と作用点の位置関係が決定してしまえば、ブラシ圧特性自体を調整する要素は線径とブラシ材質になる。ブラシの組立作業性から判断して、ブラシの線径はφ０．１２ｍｍ以上である必要がある。
【０１７８】
一つの実施例として、ブラシ材料を白金と金との合金の線材として、支点と作用点との距離を５．５ｍｍとすれば、作用点でのブラシの変化量とブラシ圧との関係は（表１）のようになる。
【０１７９】
【表１】
0004538916.tif 000002
【０１８０】
たとえば、φ０．１５の線径の場合ブラシ圧を１．２ｇから２．５ｇにするには１．３ｇの調整圧の範囲に入れる必要がある。その調整範囲０．３３ｍｍしかないために調整が大変である。その場合には、線径の小さなφ０．１４ｍｍのブラシを用いて調整範囲０．４４ｍｍにして調整作業をやりやすくしている。
【０１８１】
組立作業の関係で電極のラジアル方向に振れが発生する。このラジアル方向の振れによって、駆動モータに作用する摺動ロスが回転位置によって変動する。その変動する負荷は（表１）から考えて、線径が大きい場合ほど、摺動ロス変動が大きくなる。その変動を小さくするためにはブラシ線径を小さくする必要がある。
【０１８２】
ウインドウケースが２５．４ｍｍ以下のプローブ先端に駆動モータを内蔵する機構の場合には、駆動モータ部のスリップリングを構成する時には、以下の条件のブラシ線径を使用することが多い。
【０１８３】
φ０．１３ｍｍ〜φ０．１６ｍｍ
つぎに、Ｖ溝形状について考える。
【０１８４】
図７に電極の溝とブラシとの摺動モデルを示す。
【０１８５】
Ｖ溝の角度をθとし、ブラシ圧をＦとすれば、ブラシ圧ＦはＶ溝方向に作用するブラシ接圧である。Ｖ溝と両斜面にブラシが接触しているので、各面に作用するブラシ圧はＦ１はＦ＝２Ｆ１の関係になる。
【０１８６】
Ｆ１の力を斜面に垂直の抗力Ｎと斜面に平行な力Ｓに分解すれば、
Ｎ＝Ｆ１ｓｉｎ（θ／２）
Ｓ＝Ｆ１ｃｏｓ（θ／２）
となる。
【０１８７】
摺動ロスとなる作用力Ｌは図７の紙面に垂直になる。摩擦係数をμとすれば、
Ｌ＝２μＮ
＝２μＦ１ｓｉｎ（θ／２）
の関係になる。
【０１８８】
ロスとブラシ圧の比は以下のようになる。
【０１８９】
ロス／ブラシ圧＝μｓｉｎ（θ／２）
また、ＳはブラシをＶ溝の中心にもっていこうとする力であって、ブラシを安定に摺動させる働きがある。
【０１９０】
ブラシが安定であって、摺動ロスが小さなＶ溝形状を考えるために（Ｓ×Ｎ）が関数の最大のところが、Ｖ溝の設計目標値である。
【０１９１】
したがって、ロスとブラシ圧の比とＶ溝角度θの関係と（Ｓ×Ｎ）とＶ溝角度θの関係は図８のように表す。
【０１９２】
図８の横軸θはＶ溝の開き角であって、Ｖ溝の形成上θは０度〜１８０度の範囲である。Ｖ溝開き角θに対するｃｏｓ（θ／２）、ｓｉｎ（θ／２）、ｓｉｎ（θ／２）×ｃｏｓ（θ／２）の値を表示したグラフである。
【０１９３】
ｃｏｓ（θ／２）は斜面に平行な力Ｓの関数の項であるので、力Ｓはθ＝０度の時が一番大きく、θが大きくなるにしたがって小さくなっていき、θ＝１８０度ではＳ＝０となる。ＳはブラシをＶ溝の中心にもっていこうとする力であるので、大きい方が好ましいので、θは０になるように設計するほうが好ましいことになる。
【０１９４】
ｓｉｎ（θ／２）は斜面に垂直な力Ｎの関数の項であるので、力Ｎはθ＝１８０度の時が一番大きく、θが小さくにしたがって小さくなっていき、θ＝０度ではＮ＝０となる。力Ｎはブラシの摺動抵抗に関する力であり、Ｎが大きいと摺動抵抗が大きい、つまり、θを大きくしていくとブラシ圧による摺動ロスが増えることになる。したがって、θを大きくしていくと摺動ロスが増えることになる。
【０１９５】
ｓｉｎ（θ／２）×ｃｏｓ（θ／２）は（Ｓ×Ｎ）の関数の項になる。（Ｓ×Ｎ）はθに関して極大値をもつ関数であって、その極大値になるθの値が設計的に適した値となる。
【０１９６】
Ｖ溝角度θは９０度が最適であるが、ブラシの位置ズレは電極の振れなど考慮してＶ溝角度は６０度〜１２０度の範囲に設定している。
【０１９７】
図９には電極外周部の溝形状が図７とは異なる別の溝形状を表す図である。符号Ｆ、Ｆ１、Ｎ、Ｓは図７と同じベクトルを示す。
【０１９８】
電極を単純なＶ溝形状であると電極厚さの薄い場合はＶ溝の溝深さを深くすることができないために、ブラシの中心が電極の外周部よりも外に位置する構成となってしまうので、ブラシの中心を電極外周部よりも内側に位置するようにした一例が図９である。図７の場合においてブラシの中心が電極外周部よりも外に位置する場合はブラシ圧を高くしてブラシの安定摺動を保っている。図９はブラシ圧を少し低めに設定して、ブラシの飛びなどによりブラシが隣の電極に移動しないように、そのＶ溝の両サイドに壁面１０２を設けている。すなわち、絶縁シート外径を大きくする方法以外にブラシ飛びの対策として、Ｖ溝形状の開き角を大きくして、Ｖ溝の両サイドに電極材での壁面１０２を設ける溝形状である。
【０１９９】
Ｖ溝形状のＶ溝の開き角度θは大きくするとブラシの軸方向への移動が容易になるが、溝の両側に壁面１０２があるために、移動が一応規制されたことになる。壁面部は電極材で構成されているために、ブラシが壁面１０２に接触しても電気の通電性は確保される。
【０２００】
スリップリングの電極の外周部に形成した溝の両側の壁面１０２は、面方向に２０度以下のテーパを設けている（図９の角度γである）。溝加工する場合に、外周から追い込んでいくと切削抵抗が増してしまうが、壁面がテーパになっているとその壁面の切削抵抗は溝を深くしても、ほぼ一定の加工抵抗となるので、最終時でのＶ溝部加工の際の加工抵抗も安定したものとなり、Ｖ溝加工面の表面粗さが向上し、ブラシとの摺動寿命を悪化させない。
【０２０１】
ブラシと摺動するＶ溝部は金メッキなどの処理を施すが、機械加工の下地表面が粗いと下地の影響が出るので、機械加工面はできるだけきれいに仕上げる必要がある。ブラシとの摺動部の加工仕上げはＲｍａｘで０．２程度にしている。
【０２０２】
Ｖ溝の開き角が１８０度近くなると、Ｖ溝頂点の加工形状部での摺動箇所が移動しやすく、Ｖ溝が表面粗さのような影響を与える場合があるので、開き角が１６０度以上の場合には１８０度のフラットの方が信頼性が高い場合がある。
【０２０３】
Ｖ溝の開き角１８０度とはフラットな形状であることを表している。
【０２０４】
図１０、図１１はスリップリングの説明をするための図である。図１０はスリップリングの電極の構成を説明するために、電極と絶縁シートの構成だけで表した斜視図である。図１１はロータフレームに電極を取り付けた電極側から見た図である。
【０２０５】
超音波振動子は２個あるので、スリップリングの電極は信号用電極２個とグランド電極１個で構成される。すなわち、図１０において、電極４２（図４での符号と同じ）は３個の電極４２ａ、４２ｂ、４２ｃで構成されていて、それぞれ電極は高分子材料の絶縁シート４８ａ、４８ｂ、４８ｃで絶縁されている。絶縁シートの外径は電極外径よりも大きくしている。絶縁シート４８を大きくすることによって、ブラシが大きく変化しても隣の電極へ乗り上げることがない。
【０２０６】
絶縁シート４８はシート状の高分子材料をプレス等で打ち抜いて作ることができる。絶縁シート４８の一例としてポリエステルシートなど、たとえば東レのルミラーを使用する。
【０２０７】
絶縁シート４８の外径よりも電極４２を大きくする場合は電極４２を接着する接着剤が絶縁シート４８と電極４２との隙間から流れはみ出したものが径小によって発生した隙間内に充填していくために、電極固定用接着剤が増えても、接着剤が電極の溝部に流れ込まない。したがって、電極の溝部は接圧摺動に支障のない状態が維持されるうえに、生産性の良好なスリップリングが得られる。
【０２０８】
電極４２は黄銅を金属加工で切削またはプレス加工して内側に端子部４９を設ける。その端子部４９は内側に飛び出た形状であり、その他の内側は円筒（リング）形状に加工され、端子部４９にはリード線半田付け用の小さな穴８３が開けられている。また端子部４９は外周リング部の厚みに比べて、薄くなっている段差部５０がある。その段差部５０は端子部４９の片方の面に構成され、電極のリング内径よりも小さな半径までの範囲にて構成されている。段差部５０がない場合はリード線を穴８３に半田付けすると穴８３の廻りに付着した半田が半田温度によって流れ広がって絶縁シート４８を挟み込む範囲まで流れ込む可能性があるので、半田ゴテ先の温度などは充分に配慮しておく必要がある。段差部５０がある場合は、リード線を半田した場合、半田が段差部５０にとどまり、電極４２のリング側まで流れないために、スリップリング組立の際に電極４２が半田による積層傾きが発生しないために、ブラシ４３との摺動位置が回転に伴って振れないなど有効な効果がある。
【０２０９】
図１１に示すように、一番上の電極４２ｃには端子部が２カ所あり、それぞれが１８０度離れた位置にある。この電極は共通のグランド電極としている。
【０２１０】
図１１に示されているように、超音波振動子からの信号の授受を行うスリップリングの電極４２が駆動モータ３のロータフレーム３５の端部に構成されて、そのロータフレーム３５にはスリップリング８の電極の円筒部が絶縁ブッシュ１０３を介して係合して、ロータフレーム３５と絶縁するための絶縁ブッシュ１０３が構成され、その絶縁ブッシュ１０３は２カ所の切欠きによって半円以下の部分的円の円筒部が２カ所に配置された構成となっている。その切欠き部１０４ではロータフレーム３５の円筒部が部分的に切欠きが形成されている。
【０２１１】
さらに、ロータフレーム３５側に切欠きを設けることで電極４２の端子部４９がロータフレーム３５に接触しないようにロータフレーム３５の端面から順に絶縁シート、電極、絶縁シート、電極、絶縁シート、電極を固定している。電極同士の絶縁は絶縁シートで行い、ロータフレーム３５端面と電極４２との絶縁は絶縁ブッシュ１０３で行っており、電極４２はモータ部材から絶縁された状態にある。
【０２１２】
ブラシの接圧摺動の変動を低減するためには電極４２の振れを抑える必要がある。そのロータフレーム３５にはスリップリングの電極４２の円筒部が絶縁ブッシュ１０３を介して係合するので、その係合部の寸法管理をすることで、電極４２の振れを小さくすることができ、接圧摺動ロスを抑えている。
【０２１３】
スリップリングの電極４２の溝振れは０．１５ｍｍ以下でモータ装置を製作している。
【０２１４】
ロータフレーム３５にも絶縁ブッシュ１０３と同様な切欠きを設けて、その切欠き部に電極４２の端子部を配置することで、端子部を大きくできるので、端子部にリード線を半田付けする作業も容易になる。
【０２１５】
ロータフレーム３５の切欠き部１０４に１個以上のスリップリングの端子部を相対する上下の電極４２の端子部が重ならないように回転方向にずらして配置している。回転方向へのずらし量を多くすれば、その端子部がロータフレーム３５の金属部分に接触してしまうので、接触しないようなレベルで回転方向へのずらしを行わないといけない。また、電極４２の内側の端子部を上下にずらして配置することで、端子部に半田付けされたリード線がストレスもなくロータフレーム３５の外部へ導き出すことができる。上下の電極４２の端子部は回転方向へのずらしの関係で電極の端子部同士が接触しない。
【０２１６】
このように端子部を回転させて、ロータフレーム３５側の切欠き部に配置することで、絶縁が確保された薄形のスリップリングができる。
【０２１７】
超音波振動子はリード線が２本出ていて、１本は電気グランド（ＧＮＤ）であり、もう１本は信号線である。本実施例の超音波プローブでは駆動モータ３に超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリード線があり、電極には４つの端子が必要で最大４つの電極が必要となるが、４本のリード線の内２本はグランド線で、共通として取り扱うことができる。そのために３本のリード線として処理でき、一つの電極をグランド電極とし、２つの端子部を構成すればよいことになる。
【０２１８】
図１２はスリップリングの電極端子部におけるリード線の半田付け穴の説明図である。
【０２１９】
図１２の電極４２は機械加工で内側に端子部４９を設けている。その端子部４９は内側に飛び出た形状であり、その他は円筒（リング）形状に加工され、端子部４９にはリード線半田付け用の小さな切込み穴１０５が仕上げられている。また端子部４９には外周リング部の厚みに比べて、薄くなっている段差部５０を有する。その段差部５０は端子部４９の片方の面に構成され、電極のリング内径よりも小さな半径の範囲に構成されている。段差部５０があることにより、リード線を半田付けした場合、半田が段差部５０にとどまり、電極４２のリング側まで流れないために、スリップリングの組立の際に電極４２に半田による積層傾きが発生しない。そのためブラシの接圧摺動ロスが少なくなる。
【０２２０】
スリップリングの電極４２の内側に形成した凸形状の端子部４９に、超音波振動子への接続のためのリード線を取り付ける半田付け用の小さな切込み穴（切欠きともいう）１０５があって、その切込み穴１０５には半円状の円筒部とその円筒部に繋がった平行な開口部とがあり、その開口部は外部に繋がっていて、Ｕ字形状の切欠きが構成されている。Ｕ字形状をしていることで開口部からリード線を挿入することができ、小穴に通すような面倒な作業が不要となる。
【０２２１】
電極４２の端子部４９にＵ字形状の切欠き１０５を形成し、リード線の端末部をその切欠き１０５に装着することで、作業時間などが短くできるうえに、電極４２の端子部４９に確実にリード線を装着することができる。さらに、その接続部への半田付けも確実にできる。そのリード線の接続部も含めて、電極内側に電極厚さの範囲内で端子部を構成することができるので薄形のスリップリングができる。
【０２２２】
超音波振動子は１８０度離れた位置に構成しているので、電気グランドの線同士を容易に接続することはできないため電極４２を介して接続している。電極４２からは４本のリード線が出ている。その内２本は約１８０度離れた同じ電極から出ている。
【０２２３】
２個の超音波振動子による３個の電極のうち、ウインドウケース側に電気グランドの電極４２ｃを構成し、内部に向かうにしたがって超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【０２２４】
超音波振動子への信号は高電圧のパルス状の電圧が印加されるので、他の医療機器やモータ装置の制御信号にノイズとして影響し、医療機器本来の診療目的は維持することができるレベルであっても診療診断が円滑に行えない状態になる可能性があるので、この診療擾乱の発生がないようにするために、シールドができないスリップリングではグランドの電極４２ｃをウインドウケース側に配置する。すなわち、グランドの電極４２ｃはロータフレーム３５の端面の外側に構成する。
【０２２５】
また、電磁干渉などの問題がないように注意を払い、可能な限りシールド線を使用している。
【０２２６】
周波数の高い振動子の周波数特性は高周波数の方が若干落ちるが、周波数特性の変化は液中のほうが減衰が大きくなり、周波数は高い程減衰が大きい。
【０２２７】
ウインドウケースの内側の方へは周波数の高い方の電極を接続することで、不要輻射ノイズに対する影響を低減することができる。
【０２２８】
スリップリングのグランドの電極を外周側に配置することは、ウインドウケースに近い側をグランドにすることであり、超音波振動子のグランド端子を導電性接着剤などを使用してロータフレームに電気的に接続を行い、外部からのノイズを受けないようにしている。そのために、スリップリングを挟み込むような構成でグランド端子を低電位に繋いでいる。ロータフレームに超音波振動子のグランド端子を接続することで、ウインドウケース内のモータ部の外層がグランド電位と同電位になることにより外部から進入してくるノイズを遮蔽することになる。
【０２２９】
超音波診断装置本体から超音波信号線（または、Ｉ／Ｏ線ともいう）を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、被検体から反射される超音波を受波し電荷量の変化を生じる。この超音波振動子の電気的変化はＩ／Ｏ線を介して超音波診断装置本体に伝達される。Ｉ／Ｏ線に流れる電気信号は３ｋＨｚ〜８ｋＨｚの範囲の周波数信号であるために不要輻射の主たるノイズ源となりやすい。Ｉ／Ｏ線は一般的にはシールド線を使用しているが、本実施例ではＩ／Ｏ線の全部をシールド線にできないので、一部を可撓性基板４６で構成し、残りの大半をシールド線で構成している。Ｉ／Ｏ線は一般的にはシールド線などを使用してシールドしているため、不要輻射対策の効果を有するが、スリップリングの電極部やスリップリングから超音波振動子への接続部やスリップリングからシールド線まではシールドをすることができない。すなわち、実施例ではスリップリングからシールド線までは可撓性基板４６（図１４の符号４６）で構成している。
【０２３０】
不要輻射対策の一つとして、使用する周波数の電極の位置を検討することで、不要輻射を低減させている。すなわち、その３個の電極のうち、ウインドウケース側に電気グランドの電極を構成し、内部に向かうにしたがって超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。周波数が高くなるほど、減衰が大きいので、高周波のノイズがウインドウケースから外部へ伝搬することによる影響は、電極の位置が内部の方にあればあるほど小さくなる。
【０２３１】
図１３、図１４はブラシホルダにおけるブラシと可撓性基板の関係を説明するための図である。図１３、図１４において、４４はブラシホルダ、４３はブラシ、４６は可撓性基板である。
【０２３２】
ブラシホルダ４４はフェノール樹脂材などの電気絶縁材からなっていて、ベースハウジング４に取り付けることができるようにネジ穴８４が加工されている。ブラシホルダ４４には可撓性基板４６を接着して固定する位置に、可撓性基板４６の厚み相当分の凹部５１が構成されている。この凹部５１があることでブラシ４３はブラシホルダの面５２に密着して固定することができる。ブラシホルダ４４にはブラシ４３を貫通して取り付ける穴５３が設けられている。ブラシ４３を穴５３に取り付けた後、穴５３部に接着剤を充填して固定する。Ｉ／Ｏ線用可撓性基板４６は３つの電極に相対する位置にブラシ４３があり、そのブラシ４３の半田付けのために、ランド８５ａ、８５ｂ、８５ｃがブラシ４３に直線ではなく、千鳥状に配置されている。図ではランド８５ａ、８５ｂ、８５ｃをブラシ４３の長手方向に場所を変えている。８５ｂのランドを中心にして、モータの内側に位置するランド８５ａは図１４では左側に構成され、モータの外側に位置し、ウインドウケースに近いランド８５ｃは図１４では右側に構成されている。たとえば、一例としてブラシ間のピッチは０．６８８ｍｍでブラシ線径０．１５ｍｍの場合には、ブラシに対して直線に配置するとランド径０．３ｍｍ程度となり半田付け作業性が困難になってしまう。
【０２３３】
また可撓性基板は両面スルホール基板で、一面側をベタかクロスの銅パターンで構成してシールドすることもできるが、信号線を屈曲するような箇所には、両面基板は銅と絶縁材と粘着材との伸縮特性の差で屈曲の内側の銅と外側の銅とでは伸縮差によるストレスが発生しクラックが入り易い。実施例の可撓性基板４６は超音波伝播媒質内で使用するために、粘着剤のない仕様のものを使用している。たとえば、圧延銅で厚み１８μｍの銅でパターンを構成し、その両側をポリイミドの絶縁膜を印刷技術で処理膜として構成し、そのポリイミド膜厚は１４μｍである。
【０２３４】
実施例の可撓性基板４６は図１５に示すような形状であって、信号用基板１０６とシールド用基板１０７を一枚の基板として形成し、シールド用基板１０７を信号用基板１０６に折り重ねて、シールド基板を信号用基板のうえに構成した形態になっている。図１５は信号用基板１０６とシールド用基板１０７はＦＰＣ接続部１０８で一部分繋がっていて、大半がスリット１０９で切り離されているので、折り重ねて別部品のように曲率が異なった曲線で、それぞれの位置になっても問題なく屈曲ができている。シールド用基板１０７はクロス状になっているがシールドのグランド電位を低く抑えたい場合などは水玉模様の方がいい場合がある。それは水玉模様の方が銅の占める割合が多いためである。
【０２３５】
図１５に示すように、信号用基板１０７は超音波振動子１、２（図３の符号）の信号ランド１１０、１１１があるが、信号ラインの間にはグランドラインを配線するようにパターン設計されていて、信号ランドの間にグランドランド１１２になるようにしている。その関係でシールド用基板１０７のパターンにＦＰＣ接続部１０８を通してグランドパターンを電気接続することができないために、信号ランド１１０、１１１やグランドランド１１２などに接続する中継基板（図示せず）を介してグランドラインはシールド線に接続する。その中継基板上でグランドをシールドグランドと電気的接続をすることで、シールド用基板１０７のパターンはグランドと電位が等価となるので、シールド用基板１０７はシールドとしての役割を行う。この電気グランドを信号基板の面上に構成することで電気シールドの効果が得られている。
【０２３６】
図３、図４を参照のこと。モータ用可撓性基板４７やＭＲ素子の信号ラインの可撓性基板３９、４５は電子回路基板２８に接続されているが、Ｉ／Ｏ線の可撓性基板４６は３本の可撓性基板４７、３９、４５と積み重ねられた状態で駆動モータの外部に出ている。そのためＩ／Ｏ線の可撓性基板４６から発生する不要輻射がＭＲ素子の信号ライン（位置情報信号ラインとする）に飛び込まないように可撓性基板４６のシールド基板側を位置情報信号ラインの方に配置している。
【０２３７】
超音波伝播媒質（音響媒体液）中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインは超音波振動子の走査位置を知るためのエンコーダからの信号ラインであり、Ｉ／Ｏ線の可撓性基板からノイズが入ると、位置情報が不安定となり、駆動モータの制御が不安定になるが、Ｉ／Ｏ線の可撓性基板４６は電気シールドされているので、ノイズの影響を受けることがない。
【０２３８】
また揺動モータ５（図１）はブラシ付きモータで発生するようなブラシノイズなどの影響がないようにブラシレスモータを使用している。
【０２３９】
超音波振動子と装置本体との電気信号の送受信が正しく行われ、ノイズの少ない正確な超音波診断装置の超音波画像を得ることができる。
【０２４０】
図１６はスリップリングの電極とブラシの接触角を説明するための図である。
【０２４１】
フェノール樹脂などの絶縁材であるブラシホルダ４４は、線状のブラシ４３を貫通して取り付ける穴がブラシホルダ４４の両側にある。真直材のブラシ４３はフォーミング冶具などでブラシ４３の両側を略直角方向にコの字に折り曲げられている。フォーミングしたブラシ４３をブラシホルダ４４の穴に挿入して、ブラシの平行部がブラシホルダ４４に密着する程度まで挿入する。このように構成した１本のブラシ４３はそのブラシの両側に飛び出した２本のブラシが形成されるが、一本の同じブラシから形成しているために両側のブラシは導通している。したがって、同じブラシ４３がスリップリングにおける一つの電極の両脇で、２カ所に接触するように構成することができる。その接触点を接点１１３、１１４として表す。
【０２４２】
１本のブラシ４３の両側をスリップリングの一つの電極に接触させることで、１つのブラシ４３で電極４２に接触する箇所を２カ所にすることができる。したがって、２ヶ所でブラシが電極に接触することにより、一方の側のブラシが電極４２から飛び跳ねても、もう一方の側のブラシは電極４２に接触しているので、電極４２とブラシ４３は常に接続されていることになる。
【０２４３】
電極の中心を中心点として接触する２つの接点のなす角度δは、
δ＝１５０度〜２１０度
である。
【０２４４】
１つの電極に２本のブラシを摺動接触するので、接触負荷ロスが駆動モータの発生トルクに比べて大きくなりやすい。したがって、摺動する位置が安定するように規定していて、スリップリングの負荷を低減する。モータの回転が両回転であれば、対称なブラシ配置である必要がある。ブラシを開いた状態で電極を上から挿入する場合、δは１８０度以下であれば挿入しやすい。δが小さくなると、そのブラシ圧による分力が大きくなり、ブラシ圧の分力は軸受に作用する側圧でもある。ブラシ圧の分力が大きいと摺動負荷が大きくなり、駆動モータの発生トルクに対する負荷が増えることになり、起動や回転などが不安定になることにより、δが１５０度以下や２１０度以上の関係にならないように、ブラシの支点を決めている。
【０２４５】
実施例のスリップリングは電極と円断面のブラシから構成されている。スリップリングの電極はプレスや金属切削の機械加工で得られた銅系材料である。たとえば、ブラシは金７５ｗｔ％とプラチナ７ｗｔ％の合金であって、ビッカース硬度３００で硬い材料であるが、電極側にはビッカース硬度が約１００程度の母材料を使用している。硬度差を設けることで摺動部の異常摩耗がなくなり、安定した摺動抵抗となる。そのためスリップリングの寿命が延び、装置としての超音波振動子駆動モータ装置や超音波診断装置の製品寿命が延びることになる。実施例では電極には銅系材料を使用している。銅系材料の素材のままでブラシと摺動させることは摺動抵抗が不安定になるので、表面にメッキ処理を施して摺動抵抗を低減している。
【０２４６】
銅系材料を母材とした電極には、以下のメッキ処理を施している。
【０２４７】
母材面に、銅フラッシュ、銅メッキ、ニッケルメッキ、金フラッシュの処理をして表面に金メッキ処理を施している。
【０２４８】
銅フラッシュは銅メッキをするための前処理で、活性化処理であり、薄く均一にメッキ処理するための処理である。
【０２４９】
銅メッキは母材の表面の格子欠陥や表面の微細な欠損ホールに付いて、その欠陥や欠損でできた表面の穴にメッキを充填していき、表面が一定の平面になるようにして、摺動面の粗さなどの影響がメッキ表面に出ないようにしている。銅メッキ処理後の面が均一になるので、その面にニッケルメッキを施して、銅メッキ層のうえにニッケルの層を形成することで、銅メッキ層よりも硬度が硬いニッケルのメッキ層を薄く形成し、母材の硬度が影響するようにしている。さらに、摺動性の良い金メッキを施すが、金メッキの前に金フラッシュの活性化処理をして、金メッキの膜付けを均一している。
【０２５０】
また、別の例として、銅系材料を母材とした電極には、以下のメッキ処理を施している。
【０２５１】
母材面に、銅フラッシュ、ニッケルメッキ、金フラッシュの処理をして表面に金メッキ処理を施している。
【０２５２】
銅フラッシュは銅メッキをするための前処理であって、活性化処理として使用する場合が多いが、本例では、銅系の母材に含有する成分が表面に析出してこないようにするために銅フラッシュを施している。母材表面には銅だけの成分の膜が５００Å程度付着する。その銅フラッシュ膜によって、次のメッキ処理でのメッキ膜が安定する。銅フラッシュの次には、ニッケルメッキ処理を施す。加工表面の粗さが良好の仕上げであれば、銅フラッシュ処理を行った面は加工面の素性をそのまま表している。その面にニッケルメッキを施して、銅フラッシュ層のうえにニッケルの層を形成することで、銅層よりも硬度が硬いニッケルメッキ層を薄く形成する。
【０２５３】
ニッケルメッキも仕上げ面を反映するために３μｍ程度の膜厚に仕上げているので、母材の硬度が影響するようにしている。さらに、金メッキの前に金フラッシュを行って活性化処理をし、摺動性の良好な金メッキを施している。
【０２５４】
また、別の例として、銅系材料を母材とした電極には、以下のメッキ処理を施している。
【０２５５】
母材面に、ニッケルメッキ、金フラッシュの処理をして表面に金メッキ処理を施している。
【０２５６】
上記例では銅フラッシュや銅メッキの下地処理をしているが、電極の機械加工時に目つぶし処理のような加工を機械加工の仕上げ面に施すことにより、銅フラッシュや銅メッキの下地処理を廃止することができる。
【０２５７】
目つぶし加工とは、仕上げ面をきれいな加工面に仕上げた加工であり、超硬バイトではなく、ダイヤモンドバイトを使用して旋削加工で得られる。そのためにはバイト送りやワークの回転速度は管理された加工条件で行う必要がある。
【０２５８】
きれいに仕上げた面であれば、下地処理無しでニッケルメッキ処理を施しても、信頼性には大きく影響をしないことが発明者の経験から言える。
【０２５９】
ニッケルメッキ膜の下は銅系母材であり、母材の硬度に比べればニッケルメッキ層は硬い。
【０２６０】
ニッケルメッキも仕上げ面を反映するために１〜３μｍ程度の膜厚に仕上げており、母材の硬度が影響するようにしている。さらに、金メッキの前に金フラッシュを行って活性化処理をし、摺動性の良好な金メッキを施している。金メッキは３〜１５μｍの膜厚を付けるが膜を厚く付ける方が信頼性が良好であるが、金の量を多く使用することになり、コストとの関係で、５μｍ程度にしている。
【０２６１】
ベースハウジング４は金属粉末射出成形法（Ｍｅｔａｌ  ＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ＝ＭＩＭ、以下ＭＩＭとする）によって焼結金属から形成されている。
【０２６２】
ＭＩＭは、Ｒ．Ｅ．Ｗｉｅｃｈがウィテック・プロセスを開発し、１９７２年に実用化された技術で、３次元的な複雑な形状の部品を精度良く生産できることから、機械加工、ダイカスト、精密鋳造、粉末冶金に次ぐ第五世代の金属加工法として注目を集めている工法であって、寸法公差的には一般公差の１０ｍｍ以下で±０．０５ｍｍ、特別公差で±０．０３ｍｍ程度と金属加工精度に匹敵する他の金属ダイキャストなどでは得られない精度が得られる。
【０２６３】
本実施例のベースハウジング４（図３、４の符号４）は３次元的な複雑な形状であるうえに、部分的にギア部を形成しているために、寸法精度の安定性が重要なことよりＭＩＭで製作をした。
【０２６４】
ＭＩＭで製作するために次のポイントで金型形状、製品成型条件などを検討した（製作部品については後述の図８〜図１１を参照のこと）。
【０２６５】
（１）部品の厚みができるだけ、均一になるように、不要な部分を取り除いた。
【０２６６】
（２）ギア部は平ギアで抜きテーパをゼロにするために、金型離型時の抵抗を減らして、精度的に許される寸法箇所には１度程度のテーパを付けた。
【０２６７】
（３）円弧形状が多いベースハウジングのため、焼結時の成型品を安定させて置くために、２次加工にて削除可能形状の部位を構成する。
【０２６８】
（４）ギア部は金型離型、脱脂、焼結などの過程で、製品寸法は金型離型寸法に対して縮小するために、ギア部には縮小の影響ができにくいような金型品形状にする。
【０２６９】
（５）ベースハウジングのレール箇所の変形などが発生しないようにした。
【０２７０】
（６）２次加工にて削除可能形状の部位を金型製品形状に追加した、その追加箇所はギア側の方の設けた。
【０２７１】
（７）レール部は２次加工を前提して、そのレール箇所の２次加工で削除可能形状の部位が削除できる形状とした。
【０２７２】
（８）２次加工箇所をできるだけ少なくすること。
【０２７３】
以上のような観点で、製品形状と金型製品形状を設計した。
【０２７４】
また、ＭＩＭは、加熱溶融された熱可塑性の物質を高圧・高速で金型内へ射出し冷却することにより部品を生産するプラスチック成型方法に類似したものであり、金属の素材を微粒粉末（金属粉末）に粉砕し、その金属粉末とバインダーとなる樹脂あるいはワックスなどの流動性を付与させる有機系物質を混練し、得られた素材を加熱して溶融し、造粒し、プラスチックと同様に射出成形をする方法である。その後、得られた成型体を熱分解方式などで脱脂した後、焼結を行うことで金属の部品を生産する方法である。
【０２７５】
ベースハウジング４の材料には、非磁性体で、強度が必要であり、超音波伝播媒体に対して物性が安定している必要があり、使用できる材料として、オーステナイト系のステンレス鋼であるＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等、非鉄系材料ＷＣ−Ｃｏ、Ｗ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｗ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｔｉなどが選定できる。
【０２７６】
その中の一例として粉末粒子径が５〜１０μｍの微細粉末であるＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼粉末を用いた。
【０２７７】
一方、バインダーとしては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルフィド等の各種熱可塑性樹脂や、各種ワックス、パラフィン等のうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【０２７８】
ベースハウジング４のバインダーの一例として、アクリル樹脂とポリスチレン等を配合し、一般に使用する添加量６０ｖｏｌ％程度にして実験した結果、寸法の低下が見られた。また添加量を１０ｖｏｌ％程度にすると、成型流動性が乏しくなり、射出成形品の不良が発生し、成型離型時のマイクロクラックなどの影響で脱脂後や真空炉に成型体を設置する際に部品の欠落が発生する。したがって、成型体の安定性の観点から添加量を設定し、成型体を焼結するときの収縮によりギア部の寸法精度を向上するために添加量１５〜５０ｖｏｌ％程度に設定している。
【０２７９】
金属粉末とバインダーの混練物には、ベースハウジング４でギア歯面やＭＲ素子取付部やブラシホルダ取付部は抜きテーパのないストレート部が成型体にあるために、可塑剤、潤滑剤などの添加物を微量添加している。
【０２８０】
前述した製品形状と金型製品形状を設計するためにポイントに基づいて配慮されたベースハウジングの金型製品（ＭＩＭブランク品）の斜視図を図１７、図１８に示す。図１７はギア３３側からの斜視図、図１８はギア３３の反対側からの斜視図である。図１７、図１８において、ベースハウジングのＭＩＭブランク品５５は駆動モータを支承する軸受部が取り付けられる円筒部５６、５７が形成された支柱部５８、５９があり、円筒部５６はスリップリング側の軸受支承のための円筒部の穴であって、支柱部５８にはブラシホルダをビスで固定するための取付穴６０が２個設けられている。ブラシホルダ取付部面６１はブラシとスリップリングの電極との摺動の安定のために、ブラシホルダが傾かないように取り付けができるようにテーパなしで金型を製作している。Ｉ／Ｏ線の可撓性基板４６（図３）をベースハウジング５５（図１のベースハウジング４と同じ意味の場合でも図１７、１８での説明のため符号５５を使用する）の外部に取り出すために、支柱部５８と揺動支持部６２の境目のちかくに長方形類似した形状のＩ／Ｏ線用の可撓性基板を通すために穴６３が開いている。その穴６３の関係で支柱部５８の接続強度が弱くなりやすいので、揺動支持部６２と支柱部５８の接続部にはベースハウジング５５の肉厚をブラシに接触しない程度にできるだけ厚くなるように傾斜部６４を設けている。穴６３の両側に形成した傾斜部６４によって、支柱部５８の耐衝撃強度が向上している。
【０２８１】
また支柱部５９の円筒部５７にはエンコーダ側の軸受が取り付けられる。円筒部５７はエンコーダ側の軸受を支承する円筒部の穴であって、支柱部５９にはＡＢ相のＭＲ素子取付台をビスで固定するための取付穴６５が２個設けられている。ＡＢ相のＭＲ素子取付台の取付部面もエンコーダマグネット（図４の符号４０）とＡＢ相のＭＲ素子（図４の符号４１）とのギャップを均一に平行に、調整可能に抜きテーパゼロで金型を製作している。ＡＢ相のＭＲ素子に接続された可撓性基板を外部に取り出すためのフック６６は支柱部５９の両サイドにＭＩＭで一体に形成されている。
【０２８２】
ベースハウジング５５の揺動支持部６２の両側には揺動のためのレール部が形成されている。揺動支持部６２にはＺ相のＭＲ素子の取付台を固定するための穴６７とＺ相ＭＲ素子の可撓性基板をベースハウジングから取り出すための穴６８が形成されている。
【０２８３】
ベースハウジングのレールはＭＩＭブランク品５５に対して２次加工にて寸法精度を出すために加工代を加えて製作されている。
【０２８４】
ＭＩＭブランク品５５は成型体を焼成した際の収縮率を小さくして寸法精度を高めるためとともに、焼結体の空孔率の減少によって部品寸法精度を向上させるために、ＭＩＭブランク品５５の厚みができるだけ均一になるように揺動支持部６２などの内側の肉厚を調整している。
【０２８５】
ギア３３の歯面は抜きテーパをゼロにするために、金型離型時のノックピンをギア３３の近傍に設けた。
【０２８６】
２次加工にて削除可能形状の部位７２は、支柱部５８の先端部に接続する部位６９と、支柱部５９の先端部に接続する部位７０と、ギア３３側レールに接続する部位７１との３カ所の部位で接続されている。ギア３３部の離型性や２次加工で加工ツールの設定の容易さなどから、２次加工で削除可能形状の部位７２に空間７３、７４を設けている。
【０２８７】
２次加工で削除可能形状の部位７２の面を大きく構成し、安定して成型体を置くことができるので、脱脂工程や焼結工程での部品の作業効率が向上するうえに、成型体の仕上がりが安定する。
【０２８８】
図１９、図２０は製品形状の２次加工ＭＩＭ品の斜視図である。図１９はギア部からの斜視図であり、図２０はギアの反対側からの斜視図である。図１９、図２０に示す２次加工ＭＩＭ品は図１７、図１８のＭＩＭブランク品５５に２次加工をして、超音波診断装置に使用されるベースハウジング４を示している。部品についての符号は図１７、図１８と同じ箇所には同じ符号を使用する。図２１には軸受カラーを示す。
【０２８９】
図１９、図２０において、３３はギア、５６、５７は軸受を支承するための円筒部、５８、５９は支柱部、６０はブラシホルダ固定の取付穴、６２は揺動支持部、６３はＩ／Ｏ線の可撓性基板用穴、６４は傾斜部、６５はＡＢ相のＭＲ素子取り付けの取付穴、６６はフック、６７はＺ相ＭＲ素子を固定するための穴、６８はＺ相の可撓性基板をベースハウジングから取り出す穴である。
【０２９０】
ＭＩＭで成型されたベースハウジングは材料が金属であることより、成型だけでの精度以上が必要な箇所には機械加工を施して寸法精度の向上を図っている、その機械加工について説明する。
【０２９１】
ベースハウジングの支柱部５８、５９に軸受カラー７５を取り付けるためには、軸受カラーが挿入される円筒部５６、５７にはわずかの加工代が設けられている。わずかの隙間で回転可能に係合するために、円筒部５６、５７の内径を仕上げる。
【０２９２】
また駆動モータの両端に取り付けた２つの軸受カラー間の距離を寸法通りに組立てした駆動モータをベースハウジングに装着するためには、軸受カラー間の距離に合わせて、支柱部５８、５９の内側に二次加工を施して傾斜面をなくする。支柱部５８、５９の内側は、ベースハウジングのＭＩＭブランク品５５では１度程度の抜きテーパが付いており、駆動モータを組み立てるには支柱部５８、５９の内側にテーパがあってはモータ組立に支障が発生するので機械加工を施す。その機械加工面をそれぞれ７６、７７とする（７７の面は図１９、図２０の図では面として表現できてないが、加工に伴う段差の稜線にて表現している）。軸方向の予圧が安定に軸受に作用するので、信頼性の良好な駆動モータができる。
【０２９３】
機械加工による削除部の大きな箇所としては、図１７、図１８において部位６９〜７２である。図１９、図２０のようなベースハウジングにするためには２次加工で削除する必要があり、その削除作業と同じチャックにて、ベースハウジングの揺動用レース８６、８７を仕上げる。揺動用レース８６はベースハウジング４のギア側のレースを示し、揺動用レース８７はベースハウジング４のギア反対側のレースを示す。
【０２９４】
３次元的な異形状なベースハウジングであるが、金型形状などを検討することで、２次加工をほとんどしなくてもＭＩＭの精度にて所用の寸法精度が出せる。
【０２９５】
図２１の軸受カラー７５はフランジ７８と円筒部７９、８０とその円筒部８０側の２つの切欠き部８１から構成されている。フランジ７８はベースハウジング４の支柱部の内側面に向い合うように配置され、駆動モータ３がベースハウジング４から抜け落ちたり移動したりすることを防止している。そのフランジ７８の両側に円筒部７９、８０があり、円筒部７９は駆動モータ３のボール軸受の内輪に接して組み込まれるため、内輪の外径に合わせた寸法になっている。円筒部８０はベースハウジング４の支柱部に設けられた円筒部に係合するために、外周の２カ所に切欠き部８１が設けられている。
【０２９６】
図２２はその軸受カラーをベースハウジング４の支柱部に設けられた円筒部に係合するための説明図である。軸受カラー７５は駆動モータ３の両側にあり２個存在する。その軸受カラー７５はエンコーダ側の軸受カラーを７５ａとし、スリップリング側の軸受カラーを７５ｂとして区別する。軸受カラーの両方をさす時は７５の符号をもって説明している。図２２はエンコーダ側支柱部５９の円筒部５７での説明のため軸受カラーは７５ａである。７５ｂの軸受カラーは図示されていない。
【０２９７】
図２２（ａ）は軸受カラー７５ａを円筒部５７に係合するための挿入方法の説明図である。
【０２９８】
ベースハウジング４の支柱部５９に設けられた円形の円筒部５７には揺動支持部６２と反対側に平行の開口部８８が支柱部の外部まで設けられている。その開口部８８は外部と円筒部５７を繋ぐ部分である。支柱部５９の開口部８８は平行な面で構成されその間隔（距離ｈ１とする）は軸受カラーの切欠き部８１の間隔よりも大きくなっている。また、開口部の間隔ｈ１は円筒部５７の直径よりも小さくなっている。
【０２９９】
軸受カラー７５ａの切欠き部８１が支柱部５９の開口部８８に平行になるようにして支柱部５９の上から挿入してくる。実際には両側に軸受カラーの装着した駆動モータをベースハウジングに挿入するので、軸受カラー単品だけの挿入ではないが、説明のために軸受カラーでもって説明する。２つの軸受カラーの間に駆動モータが存在するので、軸受カラーが支柱部に挿入できれば駆動モータが挿入できることになる。すなわち、ベースハウジングに駆動モータを組み込むことができることになる。
【０３００】
さらに、軸受カラー７５ａのフランジ部７８がベースハウジング４に設けた支柱部５９の内側の面（図１９では機械加工された面７７）を案内にしながら、軸受カラー７５ａを開口部８８から円筒部５７へと挿入していく。軸受カラー７５ａは、軸受カラー７５ａの円筒部８０の中心と支柱部５９の円筒部５７の中心とが一致するまで挿入する。次に、その中心を一致させた状態で軸受カラー７５ａを９０度回転させ、軸受カラー７５ａの切欠き部８１の面を支柱部５９の開口部８８の面に略直角にさせると、軸受カラー７５ａは抜け落ちなくなる。すなわち、駆動モータ３をベースハウジング４に組み込みが完了したことになる。
【０３０１】
また、ベースハウジング４の２つの支柱部５８、５９とも図２２で説明したように、軸受カラー７５を取り付ける。
【０３０２】
図２３はシャーシ本体の斜視図を示す。シャーシ本体２５にはベースハウジング４の揺動用のレールを案内するレール溝８９が設けられている。この案内のためのレール溝８９は揺動可能な範囲をできるだけ広く設計する。ベースハウジング４に揺動トルクを伝達するギアシャフト２９の軸受を装着するために穴９０がシャーシ本体２５の側面側に形成している。シャーシ本体２５の中央部はサイドシャーシ２６との連結部ともなっていて、サイドシャーシ２６との合わせ面９１は揺動性能に影響するので揺動軸に対して傾斜をもたないようにするために、レール溝８９の加工と合わせ面９１の加工を同一チャックの状態にする。合わせ面９１にはサイドシャーシ２６を取り付けるためのネジ穴９２があり、さらには、サイドシャーシ２６との位置決めのための平行な案内溝９３が形成されている。
【０３０３】
シャーシ本体２５には揺動側のトルクを伝達するたのベベルギアを装着するために案内穴９４がある。この案内穴９４は貫通している。シャーシ本体２５は電子回路基板取り付け用のネジ穴９９が形成されている。
【０３０４】
シャーシ本体２５は真鍮ダイキャストで鋳造され、鋳造品を金属加工して所用の寸法精度に仕上げている。また摺動性能を要求する箇所があるために、テフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理を表面に施している。また、シャーシ本体２５には、摺動抵抗を低減するためにテフロンをコンポジットした電解液でテフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理や、ホウ素を入れた無電解ニッケルメッキ処理を施すこともある。
【０３０５】
シャーシ本体２５のレール溝８９は超音波伝搬媒質の中に浸積されて使用され、電子回路基板２８は空気中となるために、シャーシ本体２５には密閉部材としての使用目的もある。シャーシ本体２５は気密性を必要とするので、時計などに使用される真鍮ダイキャストの工法を使用した。また軽量を目的とする場合はアルミダイキャストやマグネシウム合金を使用する。
【０３０６】
図２４はサイドシャーシの斜視図を示す。サイドシャーシ本体２６にはベースハウジング４の揺動用のレールを案内するレール溝９５が設けられている。この案内のためのレール溝９５は揺動可能な範囲をできるだけ広く設計されていて、ベースハウジング４のレールの範囲よりも大きくしている。レール溝９５のレール角度範囲の方をベースハウジング４のレールの角度範囲よりも大きくすることによって摺動抵抗が安定し、揺動の安定性が増す。
【０３０７】
シャーシ本体２５との合わせ面９６は揺動性能に影響するので揺動軸に対して傾斜をもたないように、レール溝９５の加工と合わせ面９６の加工を同一チャックにて行う。合わせ面９６にはシャーシ本体２５にサイドシャーシ２６を取り付けるための穴９７があり、さらに、シャーシ本体２５との位置決めのために、シャーシ本体２５の位置決め用の平行な案内溝９３に係合する平行部を有する凸部９８が形成されている。
【０３０８】
サイドシャーシ２６もシャーシ本体２５と同様に真鍮ダイキャストで鋳造され、鋳造品を金属加工して所用の寸法精度に仕上げている。また摺動性能を要求する箇所があるために、テフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理を表面に施している。さらに摺動抵抗を低減するためにテフロンをコンポジットした電解液でテフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理や、ホウ素を入れた無電解ニッケルメッキ処理を施すこともある。
【０３０９】
サイドシャーシ２６のレール溝９５は超音波伝播媒質の中に浸積されて使用され、凸部９８側は空気中になるように超音波プローブができるため、サイドシャーシ２６には密閉部材としての使用目的もあり、サイドシャーシ２６の気密性を必要とするので真鍮ダイキャストの工法を使用した。軽量を目的する場合はアルミダイキャストやマグネシウム合金を使用する場合もある。
【０３１０】
ベースハウジング４を部位ごとに別部材にて構成することにより、加工が容易となるうえにモータ装置の組立が容易となる。
【０３１１】
このように、本実施例における３次元走査用超音波プローブは軽量で小形であり、プローブ先端部に揺動部と駆動部の主な機構部が内蔵されていることより、超音波振動子による広角な範囲の超音波断層画像が得られる。また、３次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小形化することができるという利点を有する。
【０３１２】
本実施例の３次元走査用超音波プローブによる３次元的走査が可能であり、超音波振動子を装着した駆動モータの回転にともない、駆動モータ側のエンコーダから回転角度信号が超音波診断装置に伝送され、２次元の超音波断層画像が得られる。さらに駆動モータを支承したベースハウジングを揺動するための揺動モータの回転にともない、揺動モータに取り付けたエンコーダから回転角度信号が超音波診断装置に伝送され、所定の角度毎に超音波振動子の電子走査を行うことにより、複数枚の超音波断層画像を得ることができる。この得られた複数枚の超音波断層画像をもとに３次元超音波断層画像を得ることができる。
【０３１３】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、駆動モータと超音波振動子の位置関係において、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに３次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面はハンドル軸とシャーシ軸とは同一方向を向いているので、駆動モータの駆動軸はハンドル軸とは垂直な関係にあり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、駆動軸を揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心に軌跡させることができる。ロータフレームの外周に取り付けた超音波振動子の信号の授受にはスリップリングを使用しているので、周波数特性が良く、伝達効率の劣化を少なく抑えた状態で超音波の周波数を高くすることができる。また、駆動モータは、ロータフレームの端面側にスリップリングを構成していて、両側にベースハウジングの支柱部があり、その支柱部で軸受支承されているので、回転は安定している。さらに、超音波振動子が駆動モータの中央部に装着されているので、安定した鮮明な画像が得られ、コンパクトな機構の超音波振動子駆動モータ装置が可能となるという有利な効果が得られる。
【０３１４】
また、請求項２に記載の発明によれば、駆動モータの端面にスリップリングを構成することで、コンパクトなモータ装置となるうえに、超音波振動子の授受信号を短いリード線で接続でき、駆動モータのロータフレーム外周部に超音波振動子を取り付けているので、ウインドウケースとの距離も短くでき、超音波の減衰が少なくなり、超音波画像が鮮明になるうえに、スリップリングを使用していることで、超音波振動子の周波数が高いものも使用でき、さらに駆動モータの軸受を支承するベースハウジングをプローブのシャーシに取り付けるために、コンパクトで剛性の強いモータ装置ができるという有利な効果が得られる。
【０３１５】
また、請求項３に記載の発明によれば、超音波振動子駆動モータ装置に、２個の超音波振動子を搭載し、その２個の超音波振動子を異なる周波数にすることで、１つの超音波プローブで２種類の深度をもつ距離分解能の異なったものとして扱うことにができ、素子への信号を切り替えることにより、２つの深度の異なった超音波画像が得られ、迅速に超音波診断が可能となるという有利な効果が得られる。
【０３１６】
また、請求項４に記載の発明によれば、超音波振動子駆動モータ装置に、３個の超音波振動子を搭載し、その３個の超音波振動子を異なる周波数にすることで、１つの超音波プローブにて３種類の深度をもつことができる。周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなり、深度の深い部分での診断ができなくなるので、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り替えて使用することで、３つの深度の異なった超音波画像ができるためによりよい超音波診断が可能となるという有利な効果が得られる。
【０３１７】
また、請求項５に記載の発明によれば、電極内側に電極厚さの範囲内で端子部を構成し、電極の端子部にリード線を取り付けることができ、そのリード線の接続部として薄くできるので、薄形のスリップリングの電極が構成できる、また、小形なモータ装置になるうえに、スリップリングとして形状的に組立易いという効果を奏するものである。
【０３１８】
また、請求項６に記載の発明によれば、複数個の超音波振動子が取り付けられる場合、スリップリングの電極の数も多くなるので、電極の内側に端子部を２カ所設け、グランドの電極として共通使用することで、薄形のスリップリングができ、形状的にも、組立易くなる。また、部品点数も減ることにもなり、小形のモータ装置になる。
【０３１９】
また、請求項７に記載の発明によれば、電極内側に電極厚さの範囲内で端子部を構成し、電極の端子部の穴にリード線を取り付けることにより、電極とリード線の接続を確実にすることができるうえに、そのリード線の接続部として薄くできるので、薄形のスリップリングの電極が構成できる。
【０３２０】
また、請求項８に記載の発明によれば、電極内側に電極厚さの範囲内で端子部を構成し、電極の端子部にＵ字形状の切欠きを形成し、リード線の端末部をその切欠きに装着することで、作業時間などが短くでき、確実に電極の端子部に装着することができ、その接続部への半田付けも確実にでき、そのリード線の接続部として薄くできるので、薄型のスリップリングの電極が構成できるという有利な効果が得られる。
【０３２１】
また、請求項９に記載の発明によれば、電極内側に電極厚さの範囲内で端子部を構成し、その端子部に段差を設けることで、リード線の端末部を半田接続した際の半田の盛り上がりをその段差でもって、電極の端面からの半田部の飛び出しを寸法的に抑えることができるので、電極とリード線の半田接続を確実にできるうえに、そのリード線の接続部として薄くできるので、薄形のスリップリングの電極が構成できるという有利な効果が得られる。
【０３２２】
また、請求項１０に記載の発明によれば、超音波振動子の信号の授受をスリップリングで行うことで、周波数特性が良く、超音波の周波数を高くしても伝達効率の劣化が少ない。
【０３２３】
さらに、ロータフレーム側に切欠きを設けることで電極の端子部がロータフレームに接触しないようにロータフレームの端面に取り付けることができる。
【０３２４】
また、ロータフレームと電極との絶縁を絶縁ブッシュで行い、そのロータフレームにはスリップリングの電極の円筒部が絶縁ブッシュを介して係合するので、その係合部の寸法管理をすることで、電極の振れを小さくすることができる。
【０３２５】
絶縁ブッシュにもロータフレームと同様に切欠きを設けて、その切欠き部に電極の端子部を配置することで、絶縁の確保された薄形のスリップリングができる。
【０３２６】
また、請求項１１に記載の発明によれば、絶縁シートは薄手のシートをプレス等の打抜で形成することができるので、均一な絶縁シートができる。この絶縁シートによりスリップリングの電極同士の絶縁と電極とロータフレーム端面との絶縁ができ、スリップリングとしては薄形が可能となり、超音波振動子駆動モータ装置の小形のものを、形状的にも、組立易く製作することができる。
【０３２７】
また、請求項１２に記載の発明によれば、ブラシホルダはベースハウジングに固定され、ベースハウジングに対してロータフレームは回転するので、ロータフレームの端面に段差を設けてそのロータフレームの段差部に電極を取り付けることで、ブラシホルダとロータフレームが接触しないようにすることができ、さらにはコンパクトにロータフレーム端面に電極を構成できるので小形の駆動モータ装置ができる。
【０３２８】
また、請求項１３に記載の発明によれば、絶縁シートの外径よりも電極が大きいので、電極を接着する接着剤が絶縁シートと電極との隙間からはみ出したものが電極と絶縁シートで作られる空間に流れ充填し始めるために、接着剤が電極の外周部から摺動用の溝部に流れ込まないために、生産性の良好なスリップリングが得られる。接着剤は熱硬化タイプの接着剤であって、絶縁材としての効果がある。
【０３２９】
また、請求項１４に記載の発明によれば、絶縁シートを大きくすることによって、衝撃などでブラシが電極との接触状態から外れ、絶縁シートを乗り越えて隣の電極のほうへ移動することはできないので、ブラシは安定して電極の上を摺動することができるという効果が得られる。
【０３３０】
また、請求項１５に記載の発明によれば、複数枚の電極でスリップリングを構成する際に、電極の内側の端子部を電極の上下で重ならないように円周方向にずらして配置することで、端子部に半田付けされたリード線がストレスもなくロータフレームの外部へ導き出すことができるうえに、電極の端子部同士が接触しない。さらに、ロータフレーム側に切欠きを設けることで電極の端子部がロータフレームに接触しないようにロータフレームの端面に取り付けることができるという有利な効果が得られる。
【０３３１】
また、請求項１６に記載の発明によれば、スリップリングの電極の外周部にＶ溝を形成することでブラシの摺動接触が安定になる。
【０３３２】
スリップリングの電極の溝形状をＶ溝形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができ、衝撃などでのブラシ飛びなどが発生しなくなり、ブラシ寿命が延びる。また、ブラシが安定に摺動接触することで摺動ロスを低減することができる。
【０３３３】
また、請求項１７に記載の発明によれば、スリップリングの電極の溝形状をＶ溝形状し、さらにＶ溝形状のＶ溝角度を所定の角度範囲にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができる。衝撃などでのブラシ飛びなどが発生しなくなり、ブラシ寿命を延ばすことができる。
【０３３４】
Ｖ溝形状を安定させることで、ブラシが安定に摺動接触することでスリップリングでの摺動ロスを低減することができる。
【０３３５】
また、請求項１８に記載の発明によれば、スリップリングの電極の溝形状をＶ溝形状し、さらにＶ溝形状のＶ溝角度を所定の角度範囲にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができ、衝撃などでのブラシ飛びなどが発生しなくなり、ブラシ寿命が延ばすことができる。
【０３３６】
Ｖ溝形状を安定させることで、ブラシが安定に摺動接触し、スリップリングでの摺動ロスを低減することができ、駆動モータの発生トルクに対するマージンが増えるので信頼性のある駆動モータ装置を提供することができる。
【０３３７】
また、請求項１９に記載の発明によれば、スリップリングの電極の外周部に開き角の大きなＶ溝を形成し、Ｖ溝の両サイドにテーパ状の壁面を設けることで、ブラシが隣の電極へ移動しなくなるので、電極とブラシは所定の関係で摺動接触することができる。
【０３３８】
スリップリングの電極の溝形状を開き角の大きなＶ溝形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができるのでブラシ寿命が延び、また、ブラシのブラシ圧を小さめに設定できるので、ブラシの摺動ロスを低減することができる。
【０３３９】
また、請求項２０に記載の発明によれば、スリップリングの電極の外周部に開き角の大きなＶ溝を形成し、Ｖ溝の両サイドにテーパ状の壁面を設けることで、ブラシが隣の電極へ移動しなくなるので、電極とブラシは所定の関係で摺動接触することができる。
【０３４０】
スリップリングの電極の溝形状を開き角の大きなＶ溝形状にすることで、ブラシ圧を小さく押さえながら、ブラシの摺動性を安定させることができるのでブラシ寿命が延び、また、ブラシのブラシ圧を小さめに設定できるので、ブラシの摺動ロスを低減することができる。
【０３４１】
溝形状を安定させることで、ブラシが安定に摺動接触し、スリップリングでの摺動ロスを低減することができるので、駆動モータの発生トルクに対するマージンが増え、信頼性のある駆動モータ装置を提供することが得られる。
【０３４２】
また、請求項２１に記載の発明によれば、ブラシホルダはベースハウジングに取り付けられ、ブラシホルダの穴にブラシが通されるので、ブラシの間隔を安定に確保できる。またブラシホルダの穴にブラシを通して根元部を固定しているので、間隔が安定であるうえにブラシの曲がりの支点として確定できるので、寸法的にブラシ圧を決定することができる。ブラシホルダに取り付けられたブラシの間隔はベースハウジングから規定された位置に存在することができるために、ブラシに対して電極との摺動位置の調整を容易に行うことができるということが得られる。
【０３４３】
また、請求項２２に記載の発明によれば、ブラシホルダに可撓性基板を接着して固定し、外部に取り出すことができ、ブラシホルダに可撓性基板を１枚で構成できるので、複数の電極の場合での信号など可撓性基板をまとめて取り出すことができる。
【０３４４】
また、ブラシホルダに凹部が構成されているために、その凹部に可撓性基板を固定することで、ブラシをブラシホルダの面に密着して固定することができるということが得られる。
【０３４５】
また、請求項２３に記載の発明によれば、ブラシホルダに可撓性基板を接着して固定して、外部に取り出すことができ、ブラシホルダに可撓性基板を１枚で構成できるので、複数の電極の場合での信号など可撓性基板をまとめて取り出すことができる。
【０３４６】
ブラシホルダのブラシを貫通して取り付ける穴にブラシを通してブラシを固定することで、ブラシの間隔が安定するので、電極との摺動位置のばらつきがなく安定に摺動することができる。ブラシを可撓性基板に半田付けして、超音波振動子の信号を駆動モータの外部に導き出すことができ、複数の電極のスリップリングであってもブラシを可撓性基板に半田付けするランドを、ブラシに直線に配列せずに、千鳥状に配置することで、複数の電極の構成でブラシ間隔が狭くなっても、スリップリングを容易に構成することができるという効果が得られる。
【０３４７】
また、請求項２４に記載の発明によれば、１本のブラシの両側を１つのスリップリングの電極に接触させることで、電極に接触する箇所を２カ所にすることができる。また、ブラシが２箇所で電極に接触するために、一方の側のブラシが電極から飛び跳ねても、もう一方の側のブラシは電極に接触しているので、電極とブラシは常に接続されていることになるという効果が得られる。
【０３４８】
また、請求項２５に記載の発明によれば、１本のブラシの両側を１つのスリップリングの電極に接触させることで、電極に接触する箇所を２ヶ所にすることができる。また、ブラシが２ヶ所で電極に接触するために、一方の側のブラシが電極から飛び跳ねても、もう一方の側のブラシは電極に接触しているので、電極とブラシは常に接続されていることになる。
【０３４９】
１つの電極にブラシが２ヶ所にて摺動接触するので、接触負荷ロスが駆動モータの発生トルクに比べて大きくなりやすいが、摺動する位置を安定的に規定して、スリップリングの負荷を低減することができる。
【０３５０】
スリップリングの電極とブラシとの接触点の接触角を所定角度の範囲に設置することで、駆動モータの回転が両回転の場合でも、安定な摺動負荷にすることができる。
【０３５１】
また、請求項２６に記載の発明によれば、超音波振動子からはリード線が２本出ていて、１本は電気グランドであり、もう１本は信号線で、複数の超音波振動子の場合にはグランドのラインを同じ電極に接続することで、電極の数も少なくすることができるので小形のスリップリングが構成できる。
【０３５２】
また、請求項２７に記載の発明によれば、超音波振動子からはリード線が２本出ていて、１本は電気グランドで、もう１本は信号線であり、複数の超音波振動子の場合にはグランドのラインを同じ電極に接続することで、電極の数も少なくすることができるので小形のスリップリングが構成できる。
【０３５３】
さらに、超音波振動子への信号には高電圧のパルス状の電圧が印加されるが、グランドの電極をウインドウケース側すなわち外側に配置することで、不要輻射ノイズ源としての影響を軽減することができる。
【０３５４】
また、他の医療機器やモータ装置の制御信号にもノイズとして影響し、診療擾乱の発生がないようにすることができるという有利な効果が得られる。
【０３５５】
また、請求項２８に記載の発明によれば、超音波振動子からはリード線が２本出ていて、１本は電気グランドで、もう１本は信号線であり、複数の超音波振動子の場合にはグランドのラインを同じ電極に接続することで、電極の数も少なくすることができるので小形のスリップリングが構成できる。さらに、超音波振動子への信号は高電圧のパルス状の電圧が印加されるが、グランドの電極をウインドウケース側すなわち外側に配置することで、不要輻射ノイズ源としての影響を軽減することができる。
【０３５６】
また、他の医療機器やモータ装置の制御信号にもノイズとして影響し、診療擾乱の発生がないようにすることができる。
【０３５７】
高周波数の振動子の周波数特性は周波数の高い方が若干落ちるが、液中での周波数特性の変化は周波数が高いほど減衰が大きいので、ウインドウケースの内側の方へは周波数の高い電極を接続することにより、不要輻射のノイズの影響を少なくしているという有利な効果が得られる。
【０３５８】
また、請求項２９に記載の発明によれば、ロータフレームに超音波振動子のグランドの端子を接続することで、ウインドウケース内のモータ部の外層がグランド電位と同電位になるために外部から進入してくるノイズを遮蔽することができるという有利な効果が得られる。
【０３５９】
また、請求項３０に記載の発明によれば、可撓性基板を信号用基板とシールド用基板を一枚の基板として形成し、シールド用基板を信号用基板に折り重ねて、シールド基板を信号用基板のうえに構成した形態になっているために電気シールドの効果が得られている。
【０３６０】
超音波振動子の信号電圧により、他の医療機器やモータ装置の制御信号にノイズとして影響せず、診療擾乱などの問題がないという有利な効果が得られる。
【０３６１】
また、請求項３１、３２、３３に記載の発明によれば、銅系材料を母材として表面にメッキ処理を施して、摺動抵抗を低減させ、摺動部の異常摩耗がなく、安定した摺動抵抗となる。そのためスリップリングの寿命が延び、装置としての超音波振動子駆動モータ装置や超音波診断装置の製品寿命が延ばすことができる。
【０３６２】
また、請求項３４に記載の発明によれば、超音波振動子の信号の授受をスリッリングで行うことで、周波数特性が良く、超音波の周波数を高くしても伝達効率の劣化が少ないことで、画質の良好な超音波画像が得られる超音波診断装置ができる。
【０３６３】
また、請求項３５に記載の発明によれば、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子を構成する機構となっているのでコンパクトに３次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面はハンドル軸とシャーシ軸とは同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係にあり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面対して揺動面は直交していて、駆動軸を揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。そのために複数のビーム軌跡面の超音波断層画像を得ることができ、それら断層画像を３次元画像合成して表示することにより診断の便宜性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図２】本発明の実施例による超音波プローブの外観斜視図
【図３】本発明の実施例による超音波振動子駆動モータ装置の駆動モータ側の構造図
【図４】本発明の実施例による超音波振動子駆動モータ装置の駆動モータ側の構造図
【図５】本発明の実施例によるロータフレームにスリップリングを取り付けたところを説明するための断面図
【図６】本発明の実施例によるブラシとスリップリングの電極との関係を説明するための図
【図７】電極の溝とブラシとの摺動モデルを示す図
【図８】ロスとブラシ圧の比とＶ溝角度θの関係と（Ｓ×Ｎ）とＶ溝角度θの関係を示す図
【図９】電極の溝とブラシとの摺動モデルを示す図
【図１０】本発明の実施例によるスリップリングを説明するための図
【図１１】本発明の実施例によるスリップリングを説明するための図
【図１２】本発明の実施例によるスリップリングの電極端子部のリード線を半田付けする穴の説明図
【図１３】本発明の実施例によるブラシホルダにおけるブラシと可撓性基板の関係を説明するための図
【図１４】本発明の実施例によるブラシホルダにおけるブラシと可撓性基板の関係を説明するための図
【図１５】本発明の実施例による可撓性基板の図
【図１６】本発明の実施例によるスリップリングの電極とブラシの接触角を説明するための図
【図１７】本発明の実施例によるベースハウジングのＭＩＭブランク品のギア側からの斜視図
【図１８】本発明の実施例によるベースハウジングにおけるＭＩＭブランク品のギアの反対側からの斜視図
【図１９】本発明の実施例によるベースハウジングにおける２次加工のＭＩＭ品のギア側からの斜視図
【図２０】本発明の実施例によるベースハウジングにおける２次加工ＭＩＭ品のギアの反対側からの斜視図
【図２１】本発明の実施例による軸受カラーの斜視図
【図２２】本発明の実施例による軸受カラーをベースハウジングの支柱部に設けられた穴に係合するための説明図
【図２３】本発明の実施例によるシャーシ本体の斜視図
【図２４】本発明の実施例によるサイドシャーシの斜視図
【符号の説明】
１、２  超音波振動子
３  駆動モータ
４  ベースハウジング
５  揺動モータ
６  ハンドルシャフト
７、１０  エンコーダ
８  スリップリング
９  ウインドウケース
１１  駆動モータ駆動回路
１２  揺動モータ駆動回路
１３  パルス発生器
１４  振動子駆動回路
１５  増幅器
１６  対数増幅器
１７  検波回路
１８  Ａ／Ｄ変換器
１９  画像メモリ
２０  ３Ｄ画像ＤＳＰ
２１  テレビモニタ
２２  ハンドル部
２３  先端部
２４  ケーブル
２５  シャーシ本体
２６  サイドシャーシ
２７  ビス
２８  電子回路基板
２９  ギアシャフト
３０、３２  ベベルギア
３１  平ギア
３３  ベースハウジングに設けられたギア
３４  駆動モータのシャフト
３５  ロータフレーム
３６  音響レンズ
３７  ピン
３８  カット面
３９、４５、４６、４７  可撓性基板
４０  エンコーダマグネット
４１  ＭＲ素子
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  電極
４３  ブラシ
４４  ブラシホルダ
４８、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ  絶縁シート
４９  端子部
５０  段差部
５１  凹部
５２  ブラシホルダの面
５３、８３、９０、９７  穴
５５  ＭＩＭブランク品
５６、５７、７９、８０  円筒部
５８、５９  支柱部
６０  ブラシホルダ固定の取付穴
６１  ブラシホルダ取付部面
６２  揺動支持部
６３  Ｉ／Ｏ線用可撓性基板穴
６４  傾斜部
６５  ＭＲ素子取り付けのための取付穴
６６  フック
６７  Ｚ相ＭＲ素子を固定するための穴
６８  ベースハウジングから取り出すための穴
６９  先端部に接続する部位
７０  支柱部５９の先端部に接続する部位
７１  ギア部側レールに接続する部位
７２  ２次加工で削除可能形状の部位
７３、７４  空間
７５  軸受カラー
７５ａ  エンコーダ側の軸受カラー
７５ｂ  スリップリング側の軸受カラー
７６、７７  機械加工面
７８  フランジ
８１、１０４  切欠き部
８２  モータ線
８４  ネジ穴
８５ａ、８５ｂ、８５ｃ  ランド
８６、８７  揺動用レール
８８  開口部
８９、９５  レール溝
９１、９６  合わせ面
９２、９９  ネジ穴
９３  案内溝
９４  案内穴
９８、１０１  凸部
１００  ボール軸受
１０２  壁面
１０３  絶縁ブッシュ
１０５  切込み穴
１０６  信号用基板
１０７  シールド用基板
１０８  ＦＰＣ接続部
１０９  スリット
１１０、１１１  信号ランド
１１２  グランドランド
１１３、１１４  接点
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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