(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波素子部と、前記超音波素子部を支持するフレームと、前記超音波素子部を包囲するように前記フレームと結合したウインドウと、前記フレームと前記ウインドウとで包囲された空間内に充填された超音波伝播媒質とを含む超音波探触子であって、
前記ウインドウは、超音波透過性を有する樹脂部と、一部が前記樹脂部の内部に埋没し、他の一部が前記樹脂部の外部に露出した金属部とを含み、
前記ウインドウと前記フレームとの結合が、前記金属部の前記樹脂部の外部に露出した部分と、前記フレームとが結合することによって実施されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記金属部の前記樹脂部の内部に埋没した部分に、貫通孔が形成されている請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記金属部の前記樹脂部の内部に埋没した部分に、凹凸構造が形成されている請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記金属部の前記樹脂部の内部に埋没した部分に、粗面化処理が施されている請求項１記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記金属部の前記樹脂部の内部に埋没した部分に、屈曲部が設けられている請求項１記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記ウインドウが、インサート成形によって製造されたものである請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記金属部の前記樹脂部の外部に露出した部分および前記フレームの、それぞれの結合面に、雄形状部および雌形状部が形成され、前記雄形状部および前記雌形状部を嵌合することによって、前記金属部と前記フレームとが結合している請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記金属部の前記樹脂部の外部に露出した部分につめが形成され、前記つめが前記フレームを係止することによって、前記金属部と前記フレームとが結合している請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記金属部が、前記超音波素子部の少なくとも超音波送受信面を除く部分を包囲するように、配置されている請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記樹脂部が、ポリメチルペンテンである請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記金属部が、ステンレス鋼である請求項１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、例えば医療用超音波診断などに用いられる、超音波探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置に用いられる超音波探触子としては、超音波を送受信する超音波素子部を、生体に近い音響インピーダンスを有する超音波伝播媒質を封入した格納部内で回転または揺動させるものが知られている。
【０００３】
図４および図５は、このような従来の超音波探触子の構成を示す断面図である。これらの超音波探触子においては、ウインドウ１５およびフレーム１４が結合することによって格納部が構成され、この格納部内に超音波伝播媒質（図示せず）が充填されている。また、ウインドウ１５とフレーム１４との境界には、媒質の漏れを防止するため、Ｏリング１６が設けられている。この格納部内には、超音波素子部１１および駆動伝達部１３が配置されている。駆動伝達部１３は、格納部外に配置された駆動部１２の出力軸と接続されており、駆動部１２の動力を超音波素子部に伝達して、これを回転運動させるよう構成されている。なお、図４および図５において、１８は、駆動部１２などを格納するハウジング、１９は、探触子と外部装置（例えば、超音波診断装置）と接続するためのケーブル、１７はオイルシールである。
【０００４】
上記超音波探触子において、ウインドウには、一般に、生体と音響インピーダンスが近似する樹脂が用いられる。また、フレームには、形状安定性に優れることから、一般に金属が用いられる。このウインドウとフレームとの結合は、図４に示すように、ネジ２０による締結と接着剤による接着の併用によって実現されていたり、図５に示すように、接着剤による接着によって実現されている。
【特許文献１】
特公平１−４２６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の超音波探触子においては、ウインドウ１５を構成する樹脂と、フレーム１４を構成する金属とでは、熱膨張係数や剛性に大きな差があるため、温度変化時や、外部から機械的衝撃が加えられた時に、ウインドウとフレームとの結合部に間隙が生じ、格納部内の超音波伝播媒質に液漏れが生じたり、気泡が混入するおそれがあった。特に、格納部への気泡混入は、気泡が超音波の反射体となり、超音波の送受信を阻害するため、問題であった。
【０００６】
また、上記従来の超音波探触子においては、ウインドウ１５とフレーム１４の隙間防止のため、両部材の境界面に接着剤を塗布している。しかし、ウインドウ１５を構成する樹脂、特にポリメチルペンテンは、接着性が悪いため、液シール効果が低下し易いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とし、温度変化時などに、ウインドウとフレームとの間に間隙が発生することを抑制し、信頼性に優れた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】
前記目的を達成するために、本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する超音波素子部と、前記超音波素子部を支持するフレームと、前記超音波素子部を包囲するように前記フレームに結合したウインドウと、前記フレームと前記ウインドウとで包囲された空間内に充填された超音波伝播媒質とを含む超音波探触子であって、前記ウインドウは、超音波透過性を有する樹脂部と、一部が前記樹脂部の内部に埋没し、他の一部が前記樹脂部の外部に露出した金属部とを含み、前記ウインドウと前記フレームとの結合が、前記金属部の前記樹脂部の外部に露出した部分と、前記フレームとが結合されることによって実施されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明の超音波探触子によれば、ウインドウとフレームとの結合が、ウインドウに設けた金属部と、フレームとを結合することによって達成されているため、結合部における両部材の熱膨張係数の差を比較的小さくすることができるため、温度変化が生じた場合でも、安定した結合を達成することができる。また、ウインドウにおいて、金属部は、その一部が樹脂部の内部に埋没するように設けられているため、ウインドウの金属部と樹脂部との間の結合を比較的安定したものとすることができる。よって、本発明によれば、温度変化時においても、ウインドウとフレームとの間の間隙発生と、それに伴う音響伝播媒質の液漏れや気泡混入を抑制することができ、信頼性に優れた超音波探触子とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
前述のように、本発明の構成によれば、温度変化時においても、ウインドウとフレームとの間の間隙発生と、それに伴う音響伝播媒質の液漏れや気泡混入を抑制することができ、信頼性に優れた超音波探触子とすることができる。
【００１１】
上記超音波探触子においては、前記ウインドウにおいて、前記金属部の前記樹脂部の内部に埋没した部分は、単なる均一な平板状ではなく、例えば、貫通孔、凹凸構造、粗面化処理が施された部分、屈曲部などを備えることが好ましい。この好ましい例によれば、金属部と樹脂部との結合を更に強化することができ、金属部の位置ずれや脱落などを抑制することができる。
【００１２】
また、上記超音波探触子においては、前記ウインドウが、インサート成形によって製造されたものであることが好ましい。この好ましい例によれば、金属部と樹脂部との結合を更に強化することができ、金属部の位置ずれや脱落などを抑制することができる。
【００１３】
また、上記超音波探触子においては、前記ウインドウと前記フレームとが、接着剤を用いることなく結合されていることが好ましい。接着剤が不要な領域にまで流れ込む結果、液シール効果が低下するという問題を回避することができるからである。
【００１４】
このような結合形態の例としては、例えば、前記金属部の前記樹脂部の外部に露出した部分および前記フレームの、それぞれの結合面に、雌形状部および雄形状部が形成され、前記雌形状部および前記雄形状部を嵌合することによって、前記金属部と前記フレームとを結合した形態が挙げられる。また、別の一例として、前記金属部の前記樹脂部の外部に露出した部分につめが形成され、前記金属部が前記つめで前記フレームを係止することによって、前記金属部と前記フレームとを結合した形態が挙げられる。
【００１５】
また、上記超音波探触子においては、前記金属部が、前記超音波素子部の少なくとも超音波送受信面を除く部分を包囲するように、配置されていることが好ましい。超音波探触子は、他の医療機器に電気的影響を与えないように、また外部からの電気的影響を受けないように、少なくとも超音波素子部が、電気的にシールドされていることが望まれる。この好ましい例によれば、ウインドウの金属部を、そのシールド部材として利用することができる。
【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は、本発明に係る超音波探触子の一例を示す。この超音波探触子は、超音波素子部を機械的に回転させることによって超音波ビームの走査を実現する、機械走査型超音波探触子である。図１ＡおよびＢは、それぞれ、互いに直交する方向に切断面をとった断面図である。また、図１Ｃは、図１Ａの部分拡大図である。
【００１８】
この超音波探触子においては、ウインドウ５と、フレーム４とが結合されることによって、格納部が構成されている。なお、ウインドウ５およびフレーム４については、後に詳説する。
【００１９】
格納部内には、超音波素子部１が配置されている。超音波素子部１は、超音波を送受信するため振動子と、この振動子を保持するロータとを備えている。ロータは、フレーム４に固定または一体形成されたブラケットに、回転自在に支持されている。更に、ロータには、駆動伝達部３が接続されている。また、前記格納部の外側には駆動部２が配置されている。この駆動部２は、前記フレーム４に固定されており、その出力軸は、フレーム４に設けられた貫通孔を通して、前記格納部内の駆動伝達部３に接続されている。これにより、駆動部２からの駆動力を、駆動伝達部３を介してロータに伝達し、ロータを回転させ、これに連動させて振動子を回転させて、円軌道による超音波の機械走査を実現することができる。
【００２０】
更に、前記格納部内には、超音波を伝搬する超音波伝播媒質（図示せず）が充填されている。ウインドウ５とフレーム４との境界には、超音波伝播媒質の液漏れを防止するため、Ｏリング６が配置されている。更に、駆動部２の出力軸と、フレーム４との境界には、超音波伝播媒質の液漏れを防止するため、オイルシール７が配置されている。
【００２１】
更に、フレーム４および駆動部２は、ハウジング８により包囲されており、このハウジング８からはケーブル９が引き出されている。このケーブル９により、超音波探触子は、その使用時に、超音波診断装置などの外部装置に接続される。
【００２２】
次に、上記超音波探触子の動作について説明する。上記超音波探触子は、超音波診断装置に接続されて使用される。超音波診断時には、まず、被検体である生体表面に超音波探触子を配置する。このとき、ウインドウ５は、生体に直接接触、または、超音波伝搬媒体を介して間接的に接触させて配置される。そして、超音波診断装置からの駆動信号により、探触子の駆動部２を駆動させ、超音波素子部１を回転させる。次に、超音波診断装置から、電気信号（送信信号）が超音波探触子に送信される。送信信号は、探触子の超音波素子部において超音波に変換されて、超音波伝播媒質を伝播し、ウインドウ５を透過して、生体に送波される。この超音波は生体内の目標物で反射され、その反射波の一部が探触子の超音波素子部１で受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波診断装置に送信される。この送受信動作を、超音波素子部１を回転させながら繰り返し行うことにより、超音波の走査が可能となる。更に、超音波診断装置において、受信信号に基づいて目標物の超音波画像（断層像など）が作成されて、これが表示される。
【００２３】
次に、上記超音波探触子を構成するウインドウ５およびフレーム４について、更に詳しく説明する。
【００２４】
上記超音波探触子において、ウインドウ５は、図１Ｃに示すように、樹脂部５ｂおよび金属部５ａを備えており、少なくとも超音波の伝播経路となる部分には樹脂部５ｂが配置され、少なくともフレーム４との結合部となる部分には金属部５ａが配置されるように、構成されている。また、前述したように、金属部５ａは、超音波素子部の少なくとも超音波送受信面を除く部分（すなわち、超音波素子部の側面）を包囲するように、配置されていることが好ましい。
【００２５】
樹脂部５ｂを構成する材料としては、超音波を透過し得る材料であれば特に限定するものではないが、音響インピーダンスが被検体（例えば、生体）と近似する材料を使用することが好ましい。このような材料としては、例えば、ポリメチルペンテンが挙げられる。また、金属部５ａを構成する材料としては、特に限定するものではなく、例えば、ステンレス鋼などを使用することができる。
【００２６】
図２は、上記ウインドウ５の構造の一例を示す図であり、図２Ａは斜視図、図２Ｂは分解図である。本図に示すように、金属部５ａは、一部（Ｌ1部）が樹脂部５ｂの内部に埋め込まれ、他の一部（Ｌ2部）が樹脂部５ｂの外部に露出するように配置されている。
【００２７】
金属部５ａの樹脂部５ｂ内部に埋め込まれた部分は、樹脂部５ｂとの間の結合力を強化するために、単なる平板状ではなく、何らかの形状特異部を有していることが好ましい。
【００２８】
このような金属部５ａの一例としては、図２に示すように、金属部５ａの樹脂部５ｂ内部に埋め込まれた部分に、貫通孔（例えば、孔部５ｃ）を設けた形態が挙げられる。このような形態においては、樹脂部５ｂを構成する樹脂を、金属部５ａの孔部５ｃ内に入り込ませることによって、孔部５ｃを介して樹脂５ｂが金属部５ａ周辺で一体となることから、金属部５ａと樹脂部５ｂとの結合力を強化することができる。貫通孔の形状および寸法については、特に限定するものではないが、過度に微細な形状であると、成形時の樹脂の粘度から、孔内への樹脂の侵入が困難となる場合がある。よって、貫通孔は、樹脂の粘度、成形後の強度などの観点から、少なくとも一部において、開口寸法が１ｍｍ以上であることが好ましい。なお、貫通孔の形成方法については、特に限定するものではなく、例えば、打ち抜き加工などによって形成することができる。
【００２９】
その他の形態としては、金属部５ａ表面に、凹部若しくは凸部、またはその両方を設けた形態が挙げられる。凹凸構造の形状については、特に限定するものではなく、例えば、独立した島状の凸部を複数配列させた形状、溝状の凹部を複数配列させた形状などが挙げられる。また、このような凹凸構造は、例えば、エンボス加工、ローレット加工、エッチング、ハーフパンチなどによって形成することができる。
【００３０】
また、別の形態としては、金属部５ａの樹脂部５ｂ内部に埋め込まれた部分において、その表面に、粗面化処理を施した形態が挙げられる。粗面化処理としては、化学的処理方法および物理的処理方法のいずれも採用可能である。化学的処理方法としては、例えば、塩化鉄、塩化銅などの水溶液中に金属部を浸漬し、金属部表面をエッチングする方法が挙げられる。また、物理的処理方法としては、例えば、酸化アルミニウムなどの粉末を圧縮空気とともに金属部表面に吹き付ける方法が挙げられる。
【００３１】
また、金属部５ａの樹脂部５ｂ内部に埋め込まれた部分において、その一部（好ましくは、樹脂部５ｂの最も深部に位置する端部）を屈曲させた形態とすることも可能である。この場合、金属部５ａの屈曲角度は、９０度以上とすることが好ましい。
【００３２】
このような金属部５ａおよび樹脂部５ｂを備えたウインドウ５は、インサート成形によって製造することができる。すなわち、金型の所定の位置に、インサート品である金属部５ａを装填した後、この金型内に樹脂部５ｂを構成する樹脂材料を注入して、金属部５ａの一部を溶融樹脂で包みこんだ状態で、溶融樹脂を固化する方法である。これによって、金属部５ｂと樹脂部５ｂとが更に一体化されたウインドウ５を製造することができる。
【００３３】
一方、上記超音波探触子において、フレーム４は、前述したように、超音波素子部を支持するとともに、ウインドウと結合されて格納部を構成する部材であり、その材料としては、形状安定性に優れることから、金属が用いられる。金属としては、特に限定するものではないが、好ましくは、軽量であり、加工性に優れることから、アルミニウムが用いられる。
【００３４】
ウインドウ５とフレーム４との結合は、前述したように、ウインドウの金属部５ａとフレーム４とを結合することによって実施されている。
【００３５】
結合方法の一例としては、金属部５ａの樹脂部５ｂ外部に露出した部分と、フレーム４の、それぞれの結合面に、雄・雌の形状を形成し、これらを嵌合することによって結合した形態が挙げられる。具体例としては、図１に示すように、金属部５ａのフレーム４と結合する部分（すなわち、樹脂部５ｂの外側に露出した部分）に貫通孔を設け、フレーム４の金属部５ａと結合する部分に、前記貫通孔と嵌合する形状の凸部を設け、この貫通孔と凸部とを嵌め合わせた形態が挙げられる。また、反対に、金属部５ａのフレーム４と結合する部分に凸部を設け、フレーム４の金属部５ａと結合する部分に、前記凸部と嵌合する形状の貫通孔を設け、これらを嵌め合わせてもよい。また、貫通孔に代えて、前記凸部と嵌合する形状の凹部を用いてもよい。
【００３６】
また、図３は、ウインドウ５とフレーム４との結合方法の別の一例を示す断面図である。なお、本図において、図１と同一部材には同一符号を付している。この形態においては、金属部５ａの樹脂部５ｂ外部に露出した部分に、つめが形成されており、このつめが、フレーム４の端面を抱えるように当接している。この形態によれば、金属部５ａに設けたつめでフレームが係止されることによって、金属部５ａとフレーム４とを結合することができる。
【００３７】
いずれの場合においても、ウインドウとフレームとは、接着剤を用いることなく結合することが可能である。接着剤を使用しない場合、接着剤がＯリング６のシール面に付着して、液シール効果が低下するという問題を回避することが可能である。また、製品を分解する際に、部品を破壊することなく、容易に分解できるという利点をも有する。
【００３８】
上記超音波探触子においては、前述したように、ウインドウとフレームとの結合が、ウインドウに設けた金属部と、フレームとを結合することによって達成されている。一例として、ウインドウの樹脂部および金属部、並びにフレームの代表的な構成材料について、その線膨張係数を以下に示す。
【００３９】
ウインドウ樹脂部（ポリメチルペンテン）＝１．１７×１０-4ｍｍ／ｍｍ・℃
ウインドウ金属部（ステンレス鋼）      ＝０．１８×１０-4ｍｍ／ｍｍ・℃
フレーム（アルミニウム）              ＝０．２４×１０-4ｍｍ／ｍｍ・℃
このように、上記超音波探触子においては、ウインドウとフレームとの結合部における両部材の熱膨張係数の差を比較的小さくすることができる。その結果、ウインドウとフレームとの結合を、温度変化に関係なく比較的安定したものとすることができ、信頼性の高い超音波探触子とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る超音波探触子は、前述したように、温度変化時においても、ウインドウとフレームとの間の間隙発生と、それに伴う音響伝播媒質の液漏れや気泡混入を抑制することができるため、信頼性に優れている。従って、例えば、超音波診断装置などに用いる超音波探触子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明に係る超音波探触子の一例を示す断面図（図１Ａ、Ｂ）およびその部分拡大図（図１Ｃ）である。
【図２】図２は、上記超音波探触子を構成するウインドウの一例を示す図である。図２Ａは、その斜視図、図２Ｂは、その分解図である。
【図３】図３は、本発明に係る超音波探触子の別の一例を示す図である。図３ＡおよびＢは、その断面図、図３Ｃは、図３ＡおよびＢの部分拡大図である。
【図４】図４は、従来の超音波探触子を示す図である。図４ＡおよびＢは、その断面図、図４Ｃは、図４ＡおよびＢの部分拡大図である。
【図５】図５は、従来の超音波探触子を示す図である。図５ＡおよびＢは、その断面図、図５Ｃは、図５ＡおよびＢの部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４２】
１、１１  超音波素子部
２、１２  駆動部
３、１３  駆動伝達部
４、１４  フレーム
５、１５  ウインドウ
５ａ      金属部
５ｂ      樹脂部
５ｃ      孔部
６、１６  Ｏリング
７、１７  オイルシール
８、１８  ハウジング
９、１９  ケーブル
２０      ネジ
【図１】
0004255974.tif 000002
【図２】
0004255974.tif 000003
【図３】
0004255974.tif 000004
【図４】
0004255974.tif 000005
【図５】
0004255974.tif 000006