(57)【要約】【課題】  可とう性接続部材の負荷を一定にすることで安定した揺動を安価に実現できる超音波探触子を提供する。【解決手段】  基台５上に超音波振動子アセンブリ１の回転軸２を支持し、保護部材８により超音波振動子アセンブリ１を揺動させる駆動伝達機構及び回転軸の両側部を平行な板状部で覆い、基台の貫通孔５ｂを通して少なくとも一方が超音波振動子に対して電気信号を送受信する一対の可とう性接続部材７を保護部材の両側部に配置する。音響窓部材３の開口端を基台の外側に嵌装し、可とう性接続部材７は、相互に略対称に配置され、一端部が超音波振動子から保護部材の外側方を通って基台に向けて導出され、中間部が保護部材と音響窓部材との間でＳ字形に屈曲し、第１の屈曲部７ａと第２屈曲部７ｂは所望の曲率に形成されている。可とう性接続部材７他端部が基台の貫通孔に保持されている。【選択図】図１
2007061276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品取付面及びその略中央部で突出する支持部を備えた基台と、
超音波の送受信面を構成するように複数の超音波振動子が配列され、前記送受信面の反対側に一体的に結合された回転軸を有し、前記支持部に前記回転軸が回動可能に支持された超音波振動子アセンブリと、
前記回転軸を駆動して前記超音波振動子アセンブリを揺動させる駆動伝達機構と、
前記回転軸及び駆動伝達機構の両側部を覆う保護部材と、
前記保護部材の外側部にそれぞれ配置され、少なくとも一方が前記超音波振動子に対して電気信号を送受信する一対の可とう性接続部材と、
被検体接触部及びこの被検体接触部に連続形成されて末端が開口端となる筒状包囲部を有し、前記超音波振動子アセンブリの超音波の送受信面に前記被検体接触部の内側面を対向させ、前記超音波振動子アセンブリ、駆動伝達機構、保護部材及び可とう性接続部材を内部に収納して前記開口端が前記基台の外側に嵌装される音響窓部材とを備え、
前記一対の可とう性接続部材は、それぞれが帯状をなして相互に略対称に配置され、一端部が前記超音波振動子から前記保護部材の外側方を通って前記基台に向けて導出され、中間部が前記保護部材と前記音響窓部材との間で所望の曲率半径の第１及び第２の屈曲部を有するＳ字形に形成され、他端部が前記基台の部品取付面側で保持され、前記第１の屈曲部と第２の屈曲部は曲率半径を変えることなく揺動することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記第１の屈曲部は前記保護部材と前記保護部材と略平行に設けられた第１の規制部材に接触することで所望の曲率を形成し、前記第２の屈曲部は前記音響窓部材と前記音響窓部材と対向して設けられた第２の規制部材に接触することで所望の曲率を形成していることを特徴とする前記請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記音響窓部材、前記保護部材、並びに前記第１及び第２の規制部材は、前記可とう性接続部材より軟質な表面を有するよう形成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記第１の屈曲部は前記保護部材と前記保護部材と略平行に設けられた第１の規制部材に接触することで所望の曲率を形成し、前記第２の屈曲部は前記音響窓部材と前記保護部材上に接している前記可とう性接続部材に接触することで所望の曲率を形成していることを特徴とする請求項１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。
【背景技術】
【０００２】
超音波の送受信面がコンベックス形状（凸形状）をなすように配列された複数の超音波振動子によって、これらの超音波振動子の配列方向（電子走査方向）に行われる電子走査と、この電子走査方向と直交する方向に移動又は回動させる機械走査とにより、複数の断層画像の取得及び立体画像の構築を可能にする医用超音波診断装置に使用される超音波探触子が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【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、超音波振動子アセンブリ１０１は、超音波の送受信面１０１ａがコンベックス形状をなすように配列された複数の超音波振動子（図示せず）を備える。超音波の送受信面１０１ａとは反対方向におけるコンベックス形状の弦に相当する部分には、回転軸１０２がその端部がそれぞれ固定された状態で一体的に結合されている。回転軸１０２は図示省略の支持部によって回動可能に支持され、さらに、駆動伝達機構１０９を介して、図示省略のモータなどの駆動部に機械的に連結されている。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、図６において超音波振動子アセンブリ１０１の下方に配置され、駆動伝達機構１０９の側方の空いたスペースに配索された可とう性接続部材１０７によって行われる。
【０００４】
このような構成により、駆動部を正・逆回転駆動することによって、回転軸１０２を中心にして超音波振動子アセンブリ１０１を矢印Ｘ方向に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に対する電子走査と、回転軸１０２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である。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−３８８５１号公報（第３頁左欄下から第１行から右欄第３９行、並びに第１図（Ａ）及び（Ｂ））
【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、従来の可とう性接続部材１０７の配索では、揺動時に超音波振動子アセンブリ１０１の角度位置によって可とう性接続部材１０７が発生する負荷（可とう性接続部材１０７の剛性に起因する超音波振動子アセンブリ１０７の揺動運動に対する機械的な抵抗）が変化するため、安定した動作で超音波振動子１０７を駆動するためには、高価複雑な駆動回路が必要となるという問題があった。また、各製品間でこの可とう性接続部材１０７が発生する負荷のばらつきも大きくなるため、品質を安定させるためには製造工程での一台ごとの調整が必要となり製造工数がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、超音波振動子アセンブリの揺動時の負荷を一定にすることができる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】
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波探触子は、部品取付面及びその略中央部で突出する支持部を備えた基台と、超音波の送受信面を構成するように複数の超音波振動子が配列され、前記送受信面の反対側に一体的に結合された回転軸を有し、前記支持部に前記回転軸が回動可能に支持された超音波振動子アセンブリと、前記回転軸を駆動して前記超音波振動子アセンブリを揺動させる駆動伝達機構と、前記回転軸及び駆動伝達機構の両側部を覆う保護部材と、前記保護部材の外側部にそれぞれ配置され、少なくとも一方が前記超音波振動子に対して電気信号を送受信する一対の可とう性接続部材と、被検体接触部及びこの被検体接触部に連続形成されて末端が開口端となる筒状包囲部を有し、前記超音波振動子アセンブリの超音波の送受信面に前記被検体接触部の内側面を対向させ、前記超音波振動子アセンブリ、駆動伝達機構、保護部材及び可とう性接続部材を内部に収納して前記開口端が前記基台の外側に嵌装される音響窓部材とを備え、前記一対の可とう性接続部材は、それぞれが帯状をなして相互に略対称に配置され、一端部が前記超音波振動子から前記保護部材の外側方を通って前記基台に向けて導出され、中間部が前記保護部材と前記音響窓部材との間で所望の曲率半径の第１及び第２の屈曲部を有するＳ字形に形成され、他端部が前記基台の部品取付面側で保持され、前記第１の屈曲部と第２の屈曲部は曲率半径を変えることなく揺動する構成としている。
【０００９】
この構成により、超音波振動子アセンブリが支持された中央部に駆動伝達機構が配置され、一対の可とう性接続部材がその両外側で第１及び第２の屈曲部を所望の曲率半径でＳ字形に形成されることとなり、超音波振動子アセンブリが揺動するときにおいても曲率半径が変わることなく、したがって揺動時の負荷を一定することが可能になる。
【００１０】
例えば、前記第１の屈曲部は前記保護部材と前記保護部材と略平行に設けられた第１の規制部材に接触することで所望の曲率を形成し、前記第２の屈曲部は前記音響窓部材と前記音響窓部材と対向して設けられた第２の規制部材に接触することで所望の曲率を形成できる。
【００１１】
前記音響窓部材、前記保護部材、並びに前記第１及び第２の規制部材が、前記可とう性接続部材より軟質な表面を有するよう形成されていれば、揺動の繰り返しによる可とう性接続部材の摩耗を低減し、摩耗に起因する電気信号線の断線を防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る超音波探触子は、上記のように構成したことにより、超音波振動子アセンブリの揺動時の負荷を一定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る超音波探触子の第１の実施の形態の構成を説明するために、一部を破断して示した斜視図である。図１において、超音波探触子１１は、先端が外周面及び内周面が球面をなしてドーム状に形成され、末端が開口端部となる円筒状包囲部を有する音響窓部材３を備える。この音響窓部材３の開口端部には基台５が嵌装されている。また、音響窓部材３の開口端部には、筐体６の円筒状の開口端部が装着されている。ここで、基台５と音響窓部材３とで囲まれた密閉空間に超音波振動子アセンブリ１を含む主要な構成要素が収納され、液状伝搬媒質４が封入されている。
【００１５】
基台５は部品取付面５ｃと、その略中央部で突出する支持部５ａと、可とう性接続部材７を貫通させてこれを保持する貫通孔５ｂを備えている。可とう性接続部材７は、超音波振動子に接続される電気信号線が可とう性を有する帯状ないしはリング状の基材に一体的に形成されている。この可とう性接続部材７としては、例えばフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）がある。
【００１６】
超音波振動子アセンブリ１は、それぞれ図示を省略したが、超音波を送受信する超音波振動子、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、超音波振動子に電気信号を送受信するための接続部を含み、これらが一体的に組み立てられている。超音波振動子アセンブリ１の外形形状は、複数の超音波振動子がコンベックス形状をなすように配列されて構成される超音波の送受信側１ａと、コンベックス形状の弦に相当する部分に両端が一体的に結合された回転軸（軸芯を一点鎖線で示す）２とを備えている。
【００１７】
基台５側から見て回転軸２が内側になり、超音波の送受信面１ａが外側になる状態で、超音波振動子アセンブリ１の回転軸２が基台５の支持部５ａに矢印Ｙ方向に回動可能に支持されている。
【００１８】
基台５には、縦断面形状が逆Ｕ字形に形成された板状の保護部材８が回転軸２を跨ぐように配置されている。詳細には、保護部材８は回転軸２の両側部を覆う一対の脚部８ａと、この脚部８ａの先端を連結する連結部を備え、個々の脚部８ａの基端側に設けられた支持部８ｃが基台５にねじ止めにより固定されている。保護部材８の内側には、回転軸２を駆動して超音波振動子アセンブリ１を揺動させる図示省略の駆動伝達機構が設けられている。
【００１９】
保護部材８の両側部には、基台５の貫通孔５ｂを通してそれぞれ超音波振動子に対して電気信号を送受信する一対の可とう性接続部材７が配置されている。これらの可とう性接続部材７は、それぞれ帯状ないしはリボン状をなして相互に略対称に配置され、一端部が超音波振動子から保護部材８の外側方を通って基台５に向けて導出され、中間部が第１の屈曲部７ａ及び第２の屈曲部７ｂを形成するようにＳ字形に屈曲され、他端部が基台５の貫通孔５ｂに挿入されて保持されている。ここで可とう性接続部材７の第１の屈曲部７ａは保護部材８に接触するとともに保護部材８と略平行に設けられた第１の規制部材９に接触し所望の曲率半径を形成している。また、第２の屈曲部７ｂは音響窓部材３の内側面に接触するとともに、音響窓部材３と対向して設けられた第２の規制部材１０に接触することで所望の曲率を形成している。
【００２０】
本実施の形態では、第１の規制部材９は板状の部材であって保護部材８に一体に形成されている。詳細には、第１の規制部材９は基台５に固定された保護部材８の支持部８ｃから音響部材３の先端（図において上方）に向けて突出している。一方、第２の規制部材１０は第１の規制部材９の先端付近で可とう性接続部材７の延在方向と直交する方向に延びており、その両端は音響窓部材３に連結されている。
【００２１】
可とう性接続部材７の配索についてさらに詳細に説明する。一方の端部が超音波振動子アセンブリ１から導出された可とう性接続部材７は、保護部材８の脚部８ａの外側面に沿って基台５に向けて延び、保護部材８の脚部８ａの外側面と第１の規制部材９の内側面との間で下向きに凸の第１の屈曲部７ａが形成されることにより、基台５から離反する方向に延びている。さらに、第２の保護部材１０の外側面と音響窓部材３の内側面との間で上向きに凸の第２の屈曲部７ｂが形成されることにより、再度基台５に向けて延び、貫通孔５ａを通過して筐体６の内部に達する。筐体６内で可とう性接続部材７の他端部がコネクタ等に連結されている。
【００２２】
上記のように構成された本発明の実施の形態に係る超音波探触子の動作について、図２及び図３を参照して以下に説明する。ここで、図２及び図３はそれぞれ本発明の実施の形態に係る超音波探触子の動作を説明するために、超音波探触子の一部を破断して示した側面図であり、特に、図２は超音波振動子アセンブリ１が揺動の中央基準面（回転軸２の軸芯と音響窓部材３の中心軸を通る面）にある状態を示し、図３は超音波振動子アセンブリ１が揺動の中央基準面から揺動されてその位置を変えた状態を示している。なお、図２及び図３中、図１と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。
【００２３】
超音波探触子１１の操作者が筐体６（図１参照）を把持して音響窓部材３を被検体内に装着する。そして、駆動伝達機構を介して、超音波振動子アセンブリ１に係合されているモータなどの駆動部を動作させるとともに、複数の超音波振動子に対する電子走査が行われるように操作する。このとき、駆動部の正転により超音波振動子アセンブリ１は図２に示す中央基準面に一致する位置から図３に示す所定の角度位置まで傾けられ、さらに、駆動部の逆転により図３とは反対方向の所定の角度位置まで傾けられる。このように駆動部の正転及び逆転の繰り返しによって超音波振動子アセンブリ１は回転軸２を中心として揺動することになり、これによって機械走査をすることが可能となる。この機械走査と超音波振動子の配列方向に行われる電子走査とにより、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できる。このとき、音響窓部材３の内側に液状の音響伝搬媒質４が充填されているので、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、音響伝搬媒質４及び音響窓部材３を通して被検体内に効率良く伝搬する。
【００２４】
可とう性接続部材７の第１の屈曲部７ａの近傍の内側面は逆Ｕ字状の保護部材８の外側に接触し、外側面は第１の規制部材８ａに当接し所望の曲率半径を形成する。可とう性接続部材７の第２の屈曲部７ｂの外側面は音響窓部材３の内側に当接し、外側面は第２の規制部材９に当接し所望の曲率半径を形成する。超音波振動子アセンブリ１が揺動する際、第１の屈曲部７ａ及び第２の屈曲部７ｂが形成される位置が変化して保護部材８や音響窓部材３に当接する位置が異なったとしても、第１の屈曲部７ａの曲率半径は保護部材８と第１の規制部材８ａの間隔で決定され、第２の屈曲部７ａの曲率半径は音響窓部材３と第２の規制部材９の間隔で決定されるため、第１及び第２の屈曲部の曲率半径は変化することは無い。尚、本実施の形態では保護部材８と第１の規制部材８ａを一体に形成したが、別々の部品であっても良い。
【００２５】
ここで、図４は、超音波振動子アセンブリ１の位置と変動負荷の関係を示した図である。この変動負荷は可とう性接続部材７の剛性に起因するものであり曲率の変化より発生する。図４において点線ａ，ｂは、第１及び第２の規制部材９，１０を使用せずに、第１及び第２の曲率半径７ａ，７ｂが変化する場合の両側各々の可とう性接続部材７の変動負荷を示しており、実線ｃは両側の可とう性接続部材の負荷を合算したものである。ここで示すように、片側の可とう性接続部材７の変動負荷は、中央基準面における負荷を中心にそれぞれの位置で点対称となっていないために負荷を合計してもキャンセルされず実線ｃで示すように超音波振動子アセンブリ１の位置が変わると負荷が変動する。これに対して本実施の形態では、第１及び第２の規制部材９，１０を使用することで、第１及び第２の屈曲部７ａ，７ｂの曲率半径は変化しなくなり、両側各々の可とう性接続部材７の負荷の変動分はゼロとなる。したがって、実線ｄで示すように、可とう性接続部材７の負荷変動を算した負荷も、超音波素子アセンブリ１の位置によらずほぼ一定の値を保つ。
【００２６】
このように、一対の可とう性接続部材を保護部材８と前記音響窓部材３との間で第１の屈曲部７ａ及び第２の屈曲部７ｂを形成するようにＳ字形に屈曲し、第１の屈曲部７ａは保護部材８と保護部材８と略平行に設けられた第１の規制部材８ａに接触することで所望の曲率を形成し、第２の屈曲部７ｂは音響窓部材３と音響窓部材３と対向して設けられた第２の規制部材９に接触することで所望の曲率を形成していることにより、超音波振動子アセンブリ１が揺動する際も第１及び第２の屈曲部７ａ，７ｂの曲率半径が変わることがない。したがって、超音波振動子アセンブリ１の揺動時の負荷を一定することが可能になるため、複雑な駆動回路は不要となるとともに特別な製造工程も不要となり、安価で高い品質の超音波探触子を実現することができる。
【００２７】
なお、上述の実施の形態では、縦断面形状が逆Ｕ字形に形成されて回転軸２を跨ぐようにしてその脚部８ａを基台５の支持部５ａに固定する保護部材８を用いたが、可とう性接続部材７が駆動伝達機構の配置位置まで入り込まないようにするものであれば、基台５から回転軸２の両側部に先端部が平行に突出するものであってもよく、すなわち、回転軸２の両側部を覆う板状の保護部材であればよい。
【００２８】
また、本実施の形態では、保護部材８の両側に配置された可とう性接続部材７がそれぞれ超音波振動子に電気信号を送受信する構成としたが、機械的な特性がほぼ等しいものであれば、いずれか一方が超音波振動子に対して電気信号を送受信し、いずれか他方が電気信号の送受信をしない構成とすることもできる。また、いずれか一方を送信側とし、他方を受信側とすることもできる。また、一対の可とう性接続部材７は機械的な特性が略等しいものであれば、Ｓ字形に屈曲する形状のみを対称として、その厚さ及び幅を適宜変更することが可能であることは当業者には明らかである。
【００２９】
また、本実施の形態では円筒状包囲部３ｂを有する音響窓部材３を用いたが、その開口端を基台５の外側に嵌装し得るものであれは、基台５を含めて円筒に限らず筒状に形成されていればよい。
【００３０】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、図１から図３に示す超音波振動子アセンブリ１において、可とう性接続部材７が接触する音響窓部材３、保護部材８、第１の規制部材、及び第２の規制部材が、可とう性接続部材７より軟質な表面を有するよう形成している。本実施の形態では、可とう性接続部材７にはロックウェル硬さが１２０（Ｍスケール）であるポリイミドを使用し、音響窓部材３にはロックウェル硬さ７０（Ｒスケール）のポリメチルペンテン、保護部材８、第１及び第２の規制部材９，１０にはロックウェル硬さ８０（Ｍスケール）のポリオキサイドメチレンを使用している。
【００３１】
このように、可とう性接続部材７が接触し摺動する部材の表面を、可とう性接続部材７の表面硬度よりも軟質にすることによって、所望の曲率半径で負荷を一定にしながら繰り返し揺動における可とう性接続部材７の磨耗を低減でき、可とう性接続部材７に一体に形成されている電気信号線の断線を防ぐことができる。従って、信頼性の高い超音波探触子を提供できる。本実施の形態では、往復５、０００万回以上の揺動でも電気信号線の断線が発生することはなかった。尚、本実施の形態では成形材料に硬度の低い材料を用いたが成形条件を制御し表面の結晶化度を低下させるなどして表面を軟質にしてもよい。
【００３２】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について図５を用いて説明する。ここで第１の屈曲部７aは保護部材８と保護部材８と略平行に保護部材８と一体に設けられた第１の規制部材９に接触することで所望の曲率を形成し、第２の屈曲部７ｂは音響窓部材３と保護部材８の脚部８ａの外側面上に接している可とう性接続部材７に接触することで所望の曲率を形成している。このような構成をとることによって、第２の規制部材（図１の符号１０参照）を設ける必要がなく、したがって少ない部品と工数で安価に超音波振動子アセンブリ１の揺動時の負荷を一定にできる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明に係る超音波探触子は、超音波素子アセンブリの揺動時に可とう性接続部材の負荷を一定にし、安定した揺動を安価に実現できるという効果を有し、超音波探触子にかかわる技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触を示す一部破断斜視図。
【図２】超音波振動子アセンブリが揺動の中央基準面にある状態の本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触を示す一部破断側面。
【図３】超音波振動子アセンブリが揺動の中央基準面から揺動されてその位置を変えた状態の本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触を示す一部破断側面。
【図４】揺動角度と変動負荷を示す図。
【図５】超音波振動子アセンブリが揺動の中央基準面にある状態の本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触を示す一部破断側面。
【図６】従来の超音波探触子の主要部の構成を示した斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１  超音波振動子アセンブリ
１ａ  超音波の送受信側
２  回転軸
３  音響窓部材
４  音響伝搬媒質
５  基台
５ａ  支持部
５ｂ  貫通孔
５ｃ  部品取付面
６  筐体
７  可とう性接続部材
７ａ  第１の屈曲部
７ｂ  第２の屈曲部
８  保護部材
８ａ  脚部
８ｃ  支持部
９  第１の規制部材
１０  第２の規制部材
１１  超音波探触子
【図１】
2007061276.tif 000003
【図２】
2007061276.tif 000004
【図３】
2007061276.tif 000005
【図４】
2007061276.tif 000006
【図５】
2007061276.tif 000007
【図６】
2007061276.tif 000008