(57)【要約】コイル型ステータを用いた超音波モータをより小型化する。そのために、超音波モータにおいて、ヘリカルコイル状の細線または薄型導波路を用いてステータ１を構成し、該ステータの振動または才差運動により該コイルに近接して配置したロータをさせるようにする。
2007126031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細線または薄板構成したヘリカルコイル状音響導波路をステータとし、超音波の伝搬により該ステータを振動または才差運動させ、該ステータに近接して配置したロータを回転させるようにした超音波モータ。
【請求項２】
外部に配置した超音波発生器で縦波または振動若しくは才差運動を発生させ、音響導波路を介して前記ステータに振動または才差運動を伝送または発生させることを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
前記ステータあるいは前記音響導波路が、金属、ジルコニア等のセラミックス、石英ファイバー、サファイア、またはこれ等と圧電素子の複合体からなる矩形断面、円形断面もしくは円形断面の一部に平面を有するファイバーまたはテープから構成される請求項１あるいは請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項４】
請求項１から３に記載の超音波モータ等に用いる可撓性圧電単結晶またはコイル状圧電多結晶よりなる超音波発生器
【請求項５】
請求項１から３に記載の超音波モータを用いた超音波内視鏡または超音波顕微鏡。
【請求項６】
請求項１から３に記載の超音波モータを用いた血栓除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカル状コイルを音響導波路またはステータとして用いた超音波モータまたはアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
医用分野における血管内超音波画像化法（ＩＶＵＳ）や血栓除去及び血栓付防止用モータには、血管内で使用する必要があるため、可能な限り小型・細径化する必要がある。この目的に適合する超音波モータとして本願発明者の先行発明［国際公開公報番号ＷＯ２００５／１１４８２４  Ａ１（ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００８５４６）がある。先行発明における動作は進行波型超音波モータの動作原理に基づくものでロータがステータ内部にある場合には屈曲波の伝搬方向と逆方向に超音波モータのロータが回転する。
この動作原理によると駆動力を高めるためには音響導波路が十分な厚みをもつ必要があったため、超音波モータを小型・細径化する上に不十分な点があった。また、超音波の進行波を伝送するために、超音波伝送用音響導波路を保持できない。そのため、カテーテル等の壁に接触すると超音波が減衰するという問題があった。
さらに、応用目的によっては超音波発生器を超音波モータ近くあるいは超音波モータと一体で構成したい場合があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする問題点は、先行発明ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００８５４６による超音波モータをより小型・細径化すること、および超音波発生部からコイル状音響導波路（ステータ）までの伝送損失を減少すること、小型超音波発生器をモータ近く或いは一体で構成することを可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
進行波型超音波モータで必要とされるような音響導波路表面の質点の楕円運動によらずに、細径線路または薄板を用いて構成したステータの振動または才差運動によりロータを回転させる。また超音波発生部からステータまでの超音波伝送損失を低下させるために縦波または屈曲波の定在波により超音波を伝送する。定在波の場合、半波長ごとに生じる定在波の節で導波路を保持することが可能となるため、カテーテル等の壁との接触による超音波の損失を低減できる。さらに、屈曲可能なＰＺＮ等の圧電単結晶を用いて可撓性のある超音波発生器、又はコイル状の圧電振動子を用いて小型の超音波発生器を構成する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の超音波モータあるいはアクチュエータでは、細径または薄板のヘリカルコイルをステータとして用いるため、進行波型超音波モータより小型・細径化できる。また、超音波発生部からステータまでの超音波の減衰を低下させることにより、熱の発生の抑圧が可能となる。さらに、音響導波路の保持が可能であるため、音響導波路の防水が容易になる。また、可撓性の超音波振動子又はコイル状の小型振動子を用いて血管内等に挿入可能な超音波モータが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１図は、本発明の定在波型超音波モータの基本構成を示す概念図（断面図）である。
第２図は、本発明の超音波モータのコイル状音響導波路の構成図である。
第３図は、本発明の超音波モータの基本構成図である。
第４図は、本発明の超音波モータを用いた超音波内視鏡の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の超音波モータの基本的構成及び動作原理を説明する。
横波で振動している弦に円筒を配置すると弦の振動の腹の部分で円筒は回転する。弦が両端を節として縄跳びの縄のように回転運動をすると円筒はより回転する。一本の弦では回転方向不安定である。そこで細線または薄板をコイル状にしたものを弦として用いることにより、起動時の超音波の伝搬方向すなわち螺旋の方向にロータを回転させることができる。
第１図に示すように、本発明の超音波モータは、円筒状のロータ２と、薄板からなるヘリカル状音響導波路（ステータ）１と縦波または屈曲波伝送用の音響導波路３から構成されている。
当該先行発明に基づく進行波型超音波モータにおいては、ロータ等の移動体と接する音響導波路の質点を楕円運動させる必要がある。音響導波路表面の楕円運動は導波路の厚さとともに大きくなるため、細径化が困難になる。これに対して本発明の超音波モータにおいては、音響導波路表面の楕円運動によらず、前述したステータの振動または才差運動によるため、細線または薄板で構成したコイル状音響導波路をステータとして用いることができる。才差運動ではステータの回転方向にロータは回転する。ステータの振動は屈曲波の定在波で発生するので、このモータは定在波型超音波モータと考えられる。従ってステータ全体の長さを四分の一波長の整数倍で構成することによりモータの効率を高めることが可能である。
振動の発生方法としては、コイル状音響導波路の一端を屈曲波を発生する圧電素子で駆動する方法がある。この場合にはロータはコイルの螺旋方向に回転する。２個の圧電素子を用いることにより才差運動を発生させる公知の方法を用いることもできる。例えば、２個または４個の短冊状振動子をコイル状音響導波路の側面に長さ方向に向けて設置し、位相差９０度の電気信号で駆動することにより、任意の方向に回転する才差運動を発生できる（Ｓ．Ｄ．Ｄｏｎｇ，ｅｔ  ａｌ，”Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏｍｏｔｏｒ  ｗｉｔｈ  １．５ｍｍ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ．，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．４，ＰＰ．３６１−３６７，２００３参照）。
ステータにおける振動または才差運動の別の発生方法としては超音波発生装置から発生した超音波（縦波または横波）を、音響導波路３を介してコイルに伝送することがある。コイル状音響導波路の上には定在波が発生するので、定在波の節で音響導波路を保持することが可能である。従って、縦波または横波の定在波を用いることにより音響導波路を保持可能になるので、超音波発生装置からコイルまでの間の超音波の減衰を低下させることができる。
【実施例１】
【０００８】
第１図において、音響導波路３に縦波または横波を発生する振動子を取り付けることにより、本発明の定在波型超音波モータの構成をできる。薄板で構成されたヘリカルコイル状音響導波路（ステータ）１に近接してロータ２が配置されている。ステータの一端は固定され他端は縦波伝送用の音響導波路３が接続されている。音響導波路としては直径０．３ｍｍのステンレス線を用いて、ステンレス線の先端をテーパ状に加工した後全長約１８ｍｍのコイル状音響導波路に融着した。コイル状音響導波路の構成を第２図に示す。
第２図において、コイル状音響導波路３は、厚さｔ＝０．０５ｍｍ、内径φｄ＝０．７ｍｍ、外径φＤ＝０．８ｍｍ、板幅Ｗ＝１．２ｍｍ、ピッチＰ＝０．３ｍｍである。またロータ２としては、内径０．８５ｍｍ、外径１．４ｍｍ、長さ２８ｍｍの真鍮パイプを用いた。周波数５０ＫＨｚにおいてランジュバン型超音波振動子で発生した縦波を長さ１．５ｍの音響導波路を介してステータに伝送した。
【実施例２】
【０００９】
第３図に屈曲波発生用振動子４として短冊状（矩形）の圧電単結晶（ＰＺＮ）を用いた定在波型超音波モータを示す。ステータ４の内部にステータの両端固定するための円筒５が設置され、ステータと円筒は固定リング６−１及び６−２で固定されており、振動子４はコイル状音響導波路３に接着されている。振動子の厚さ０．４ｍｍ、幅０．５ｍｍ、長さ１５ｍｍであり、５０ＫＨｚでロータの回転を確認した。帯状のＰＺＮ単結晶を効率よく振動させるためには長さ方向に半波長以上長さを要する。
短冊状の振動子を血管内で使用する方法の一つは振動子を可撓性にすることである。そのためはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）のような圧電セラミックス野の代わりに圧電単結晶を用いればよい。より可撓性を持たせるためには圧電単結晶を薄膜にし、多層にすればよい。
他の方法としては、ＰＺＮ単結晶のかわりにコイル状の圧電素子を用いれば長さを短縮することが可能である。コイル状の圧電素子とステータを一体化することにより、より小型化可能である。
また、短冊状の振動子をステータ内部に配置することにより、モータ全体の長さを短縮できる。
【実施例３】
【００１０】
本発明の超音波モータでは、中空軸のロータを用いることが可能であるため、モータの中心に信号伝送用リード線や溶解剤輸送用細径カテーテルを通すことが可能となり、超音波内視鏡や血栓除去術における血栓溶解剤と血栓（血餅）との攪拌に用いることが可能である。
第４図は超音波内視鏡の構成法の概念図を示す。ステータ１に画像化用超音波発生素子７が固定されており、画像化用振動子７のホルダー（記載されていない）はステータの振動の節となる役割を持つ。反射ミラー８はロータ２に固定されている。画像化用超音波発生素子５から放射された超音波は反射ミラー８で反射されて生体内（図示してない）に放射される。生体内で反射された超音波はミラーで反射されて画像化用超音波発生素子７で受信される。反射ミラー６を回転させて放射方向を変えながら送受信を繰り返すことにより生体組織の画像化が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
本発明は先行発明の超音波モータをより小型・細径化することを可能にしたものであり、医用分野における血管内超音波画像化法（ＩＶＵＳ）や血栓除去、工業分野における小型モータなどに利用可能である。
【図１】
2007126031.tif 000003
【図２】
2007126031.tif 000004
【図３】
2007126031.tif 000005
【図４】
2007126031.tif 000006
【国際調査報告】
2007126031.tif 000007
2007126031.tif 000008
2007126031.tif 000009
2007126031.tif 000010