JP2002345822A - 超音波振動子駆動モータとそのモータを使用した超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウインドウケース内に超音波振動子搭載の駆
動モータを内蔵し、非接触信号手段がロータリトランス
である超音波プローブを提供すことを目的とする。 【解決手段】 超音波振動子の非接触信号手段がロータ
リトランスで構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子駆動
モータとそれを使用した超音波診断装置に関するもので
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。また、このメカニカルセクタ走査型超音波プロー
ブとしては、（社）日本電子機械工業会編『改訂医用超
音波機器ハンドブック』（１９９７．１．２０コロナ社
発行）９１頁の表３．１１にも記載されている。

【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
−２８９５５０号公報や特開平９−２８７０６号公報、
特開平９−１６８５３８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
ブのケーブル軸（ハンドル軸）方向に向かうように取り
付けることで、超音波ビームはケーブル軸方向に発射さ
れる。その超音波振動子に対向して音響ミラーを設けた
超音波送受信部と超音波振動子の取付台が一体で形成さ
れ、その超音波振動子の取付台に連結されたシャフトを
回転駆動する駆動モータがプローブに構成されている。
その取付台に連結されたシャフトは駆動モータの回転軸
でもある。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、超音波振動子の回転軸に対
して反射された面でのビーム軌跡面となる。音響ミラー
は４５度の傾斜をもっているので、超音波ビーム軌跡面
はケーブル軸に対して直交している。細径の超音波プロ
ーブではケーブル軸に対して超音波ビーム軌跡面は直交
している従来装置がほとんどである。

【０００５】駆動モータが超音波振動子に比べてハンド
ル部近傍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回転軸に対して軸変
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】駆動モータには直接超音波振動子は取り付
けられていなくて、駆動モータの軸の先の方にはロータ
リトランスが形成され、さらにその先に超音波振動子は
取り付けられている。ロータリトランスは銅箔をロール
状巻にして作成されているので、チャンネル数は１であ
る。１個の超音波振動子を駆動する超音波プローブであ
る。

【０００７】特開平７−２８９５５０号公報に記載され
た超音波診断装置は２次元超音波断層画像が得られる
が、ハンドル部近傍の伝達機構部と先端部の駆動機構部
が複雑なものとなり、超音波画像の位置精度を向上させ
るのは十分でない。しかし、この超音波プローブは超音
波振動子と駆動動力部がシャフトで連結されていて、連
結がこじれやすいので、動力を駆動するためにも損失が
多くなるために駆動動力部が大きくなり、細径プローブ
であってもプローブ重量が重くなり診断作業性が低下す
るなどの課題がある。また、超音波媒体の封止容積が大
きくなるなど課題があった。

【０００８】また、特開平９−５８７０６号公報や特開
平９−１６８５３８号公報に開示されている超音波プロ
ーブはプローブ先端であって、中空の回転伝達部材の先
端部に超音波振動子を取り付けた構成で、その回転伝達
部材を手元部の駆動装置（駆動モータ）で回転駆動させ
る。超音波振動子の信号線は中空の回転伝達部材の中を
通して、手元操作部まで持ってきてロータリトランスで
信号伝達を行う構成である。従来例のように超音波振動
子とロータリトランス間が長く、さらに駆動モータは手
元操作部に構成されていて、プローブの先端部にはモー
タは存在していない。ロータリトランスのロータ側トラ
ンスは駆動装置のロータには接続されるのではなくて、
回転駆動軸に取り付けられている。

【０００９】超音波振動子は円筒状のウインドウケース
の円筒部に面を向けて形成されているので、駆動モータ
の回転によって、超音波振動子のビームは回転軸に対し
た面でのビーム軌跡面となる。超音波ビーム軌跡面はケ
ーブル軸に対して直交している。

【００１０】

【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は２次元
の超音波断層画像が得られるものである。超音波振動子
のビーム軌跡面は駆動モータの回転軸に対して直交して
いるが、ケーブル軸にも直交している。そのために得ら
れる超音波画像は超音波プローブの円筒部のラジアル方
向面となり、ケーブル軸と平行な診断画像が得られな
い。

【００１１】さらに、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使用する体
腔内走査には十分な診断ができないなどの課題がある。

【００１２】さらに、駆動モータは軸回転タイプであっ
て、駆動モータの本体から少し離れたシャフトの先端部
に取り付けられている。そのロータリトランスからは場
合によってはかなり離れた手元操作部に構成されるの
で、超音波振動子間までのリード線は長く引き回すこと
になり、ノイズを受けやすい。したがって、駆動モー
タ、超音波振動子、ロータリトランスを近くに構成し
て、ノイズを受けないようにする必要がある。

【００１３】超音波診断装置の場合使用する周波数が高
いので、その周波数に適したコイルの巻状態が形成でき
ず伝達特性を悪化させることがありうるので、コイル配
置を考慮してトランスのコイル溝に配置する必要があ
る。数チャンネルのロータリトランスの場合はチャンネ
ル間のノイズ問題があり、ロータリトランスの磁気回路
で検討して、他チャンネルへの漏洩磁束を少なくする必
要がある。

【００１４】ロータリトランスは使用周波数が高いの
で、コイルの配置以外にも次のような課題があるので、
組立には注意する必要がある。 （１）ロータ側トランスとステータ側トランスの対向す
るコイル溝に偏芯があれば、回転位置によって伝達特性
が異なるので、超音波画像の画質を損なうことになる。 （２）ロータ側トランスとステータ側トランスのエアギ
ャップが一様ではなく傾斜しているために伝達特性が低
下する。 （３）ロータ側トランスとステータ側トランスのエアギ
ャップが回転に伴ってロータ側トランスの表面の振れに
よって回転位置によって変化し、伝達特性が低下する。 （４）ロータ側トランスとステータ側トランスのエアギ
ャップが回転に伴ってロータ側トランスがステータ側ト
ランスと摺動してしまい、摺動負荷が生じたり、ゴミが
発生したりして、媒質内での超音波振動子の駆動に支障
を発生させる。 （５）ロータ側トランスとステータ側トランスのエアギ
ャップが一様ではなく傾斜しているために伝達特性が低
下する。 （６）コイル溝に配置したコイルの接続によって、モー
タのスペースが少なくなるので、できるだけ薄いロータ
リトランスにする必要がある。

【００１５】しかしコンパクトに２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、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
っている。

【００１６】コンパクトに２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に
する必要がある。 （２）駆動モータ、超音波振動子、ロータリトランスを
ウインドウケース内に内包する。

【００１７】超音波診断装置の場合使用する周波数が高
いので、密着巻などになるのでその周波数に適したコイ
ルの巻状態が形成できず、コイル間に生じる浮游容量が
多くなり伝達特性が悪化するので、コイル配置を考慮し
てトランスのコイル溝に配置する必要がある。

【００１８】数チャンネルのロータリトランスの場合は
チャンネル間のノイズ問題があり、ロータリトランスの
磁気回路で検討して、他チャンネルへの漏洩磁束を少な
くする必要がある。

【００１９】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたもので、超音波走査を２次元的に確保するこ
とができ、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆
動モータとそれを使用した２次元走査超音波診断装置を
提供することを目的とする。

【００２０】

【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、 （１）超音波振動子のビーム軌跡面をケーブル軸（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なるように構成する。 （２）コンパクトに２次元機構化するため、超音波伝播
媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータと超音
波振動子とロータリトランスを構成させる。 （３）駆動モータの回転側部材にはロータフレーム、駆
動マグネットがあって、固定側部材には巻線、コア、駆
動軸、ベースがあって、駆動モータの回転部材は２つの
軸受で回転支承される構造である。 （４）２つの軸受の間のロータリフレームに超音波振動
子を構成する。 （５）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を中心に超音波
振動子が回転する。 （６）コンパクトに２次元機構化するため、駆動モータ
の駆動軸のロータ範囲内にビーム面を構成する。 （７）２つの軸受の外側に駆動軸をベースで固定する。 （８）回転側の超音波振動子との信号伝達手段としてロ
ータリトランスを用いる。 （９）ロータリトランスは円板型のトランスで構成す
る。 （１０）ロータリトランスのロータ側トランスは駆動モ
ータのロータフレームの側面に取り付ける。 （１１）ロータリトランスのロータ側トランスは駆動モ
ータのロータフレームの側面に取り付ける。 （１２）超音波ビーム軌跡面に平行にロータリトランス
のギャップ面を構成する。 （１３）ロータリトランスのロータ側トランスは外周部
をロータフレームの突起円筒部に係合させて、ロータリ
トランス面のコイル溝の中心を回転中心に駆動軸に合わ
せる。 （１４）ロータリトランスのロータ側トランスにはコイ
ル溝と穴があって、コイル溝に配置されたコイルの端末
は穴からトランスの裏面に引き出し、トランス裏面に貼
られたフレキシブルプリント基板を介して、超音波振動
子へ接続する。 （１５）ロータリトランスのステータ側トランスにコイ
ル溝と穴があって、コイル溝に配置されたコイルの端末
はコイル溝に設けられた穴からみトランスの裏面に引き
出され、トランス裏面に貼られたフレキシブルプリント
基板を介して、超音波診断装置本体側へ接続する。 （１６）ロータリトランスのロータ側トランスにはコイ
ル溝と切欠き部穴があって、その切欠き部からコイル溝
のコイルを外周端面まで引き出し、トランス裏面に貼ら
れたフレキシブルプリント基板を介して、超音波振動子
へ接続する。 （１７）ロータリトランスのステータ側トランスにコイ
ル溝と切欠き部穴があって、その切欠き部からコイル溝
のコイルを外周端面まで引き出し、トランス裏面に貼ら
れたフレキシブルプリント基板を介して、超音波診断装
置本体側へ接続する。 （１８）ロータリトランスのステータ側トランスは駆動
モータの駆動軸にブシュを介して固定され、そのブシュ
の駆動軸嵌合部がブシュにトランスを固定して上でトラ
ンス面を基準に組加工する。 （１９）ロータリトランスで使用周波数の高い方が内側
になる。 （２０）駆動モータの駆動軸がケーブル軸に直交する構
成にする。

【００２１】本発明による電子−機械走査式の２次元走
査用超音波振動子駆動モータによって、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
超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子
駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量させ、超音波
伝播媒質の封止範囲を狭くでき、全体的な超音波プロー
ブの重量を軽くできるうえに、駆動モータの駆動軸と超
音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの
位置情報が超音波振動子の位置情報に採用でき、精度の
よい装置であり、ハンドル軸に対して平行なビーム軌跡
面で画質のよい超音波断層画像が得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、回転部材にロータフレームと駆動マグネットとを具
備し、固定部材に巻線と駆動軸とベースとを具備し、超
音波振動子を前記ロータフレームの外周部に取り付け
て、前記回転部材は２つの軸受で回転支承され、前記軸
受の間にコアと巻線が形成され、前記２つの軸受の間の
ロータフレームに超音波振動子が形成され、さらに前記
２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースが構成さ
れ、超音波プローブ先端部から超音波診断装置本体への
接続方向に直交するように前記駆動軸が構成され、回転
側の超音波振動子との信号伝達手段としてロータリトラ
ンスを備えたことを特徴とする超音波振動子駆動モータ
としたものであり、電子−機械走査式の２次元走査用超
音波振動子駆動モータによって、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超音波
振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モ
ータを構成させ、機構部を小型軽量にして、超音波伝播
媒質の封止範囲を狭くでき、全体的な超音波プローブの
重量を軽くできるうえに、駆動モータの駆動軸と超音波
振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの位置
情報が超音波振動子の位置情報に採用でき、精度のよい
装置であり、ケーブル軸に対して平行なビーム軌跡面を
得ることができる。さらにロータリトランスは非接触の
信号伝達が可能であるためにロータリトランスを回転さ
せるトルクがほとんど無視できる程度であり、摺動タイ
プのスリップリングに比べて負荷が小さくなり、駆動モ
ータも小型にすることができる。また非接触であるため
に、摺動による摩耗によって寿命などが制約を受けるこ
とがないという作用を有する。

【００２３】請求項２に記載の発明は、ロータリトラン
スは円板型である請求項１に記載の超音波振動子駆動モ
ータとしたものであり、ロータリトランスを円板型にす
ることで駆動モータをウインドウケース内に収納するこ
とができる。コイル溝に配置するコイルは円板側のほう
が間単に作成することができ、周波数に対応した画像精
度を得ることができるという作用を有する。

【００２４】請求項３に記載の発明は、ロータリトラン
スのロータ側トランスは駆動モータのロータフレームの
側面に構成された請求項１に記載の超音波振動子駆動モ
ータとしたものであり、ロータフレームの端面側にトラ
ンスを面方向取付することで回転軸に対するロータ側ト
ランスの面振れを抑えることができる。さらに、小型な
軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その
駆動モータを超音波プローブの先端部に内蔵することが
できるという作用を有する。

【００２５】請求項４に記載の発明は、ロータリトラン
スのロータ側トランスは駆動モータのロータフレームの
側面に構成され、かつ、このロータフレームの外周には
超音波振動子が取り付けられ、ロータフレームの外周方
向に超音波ビーム軌跡面を形成し、このビーム軌跡面に
平行にロータリトランスのギャップ面を構成したことが
特徴の請求項１に記載の超音波振動子駆動モータとした
ものであり、超音波の信号や多重反射信号がノイズとし
てロータリトランスが飛び込まないために、画像の良い
超音波診断装置の超音波振動子駆動モータができるとい
う作用を有する。

【００２６】請求項５に記載の発明は、ロータリトラン
スのロータ側トランスは外周部をロータフレームの突起
円筒部に係合させて、ロータリトランス面のコイル溝の
中心を回転中心に形成したことが特徴の請求項１に記載
の超音波振動子駆動モータとしたものであり、ロータフ
レームのインロー部はトランスを係合して組み立てるの
で、回転軸を中心にして同軸に取り付けられることがで
き、そのために伝達特性の減衰もなく伝達できるという
作用を有する。

【００２７】請求項６に記載の発明は、ロータリトラン
スのロータ側トランスは駆動モータのロータフレームの
側面に構成され、トランスにはコイル溝と穴があってそ
の穴はコイル溝からトランス裏面に通じていて、トラン
スのコイル溝に配置されたコイルの端末はコイル溝に設
けられた穴からトランスの裏面に引き出され、トランス
裏面に貼られたフレキシブルプリント基板を介して、超
音波振動子へ接続された請求項１に記載の超音波振動子
駆動モータとしたものであり、コイルの引き出しを裏面
にすることで、ロータリトランスのロータ側トランスを
薄いスペースの中に構成することができるので、小型な
軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その
駆動モータを超音波プローブの先端部に内蔵することが
できるという作用を有する。

【００２８】請求項７に記載の発明は、ロータリトラン
スのステータ側トランスは駆動モータのロータフレーム
の側面に構成されロータ側トランスと対向して、駆動軸
に取り付けられ、トランスにはコイル溝と穴があってそ
の穴はコイル溝からトランス裏面に通じていて、トラン
スのコイル溝に配置されたコイルの端末はコイル溝に設
けられた穴からトランスの裏面に引き出され、トランス
裏面に貼られたフレキシブルプリント基板を介して、超
音波診断装置本体側へ接続されたことが特徴の請求項１
に記載の超音波振動子駆動モータとしたものであり、コ
イルの引き出しを裏面にすることで、ステータ側トラン
スを薄いスペースの中に構成することができるので、小
型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、
その駆動モータを超音波プローブの先端部に内蔵するこ
とができるという作用を有する。

【００２９】請求項８に記載の発明は、ロータリトラン
スのロータ側トランスは駆動モータのロータフレームの
側面に構成され、トランスにはコイル溝と切欠き部があ
って、その切欠き部からコイル溝のコイルを外周端面ま
で引き出し、超音波振動子へ接続された請求項１に記載
の超音波振動子駆動モータとしたものであり、コイルの
引き出しを切欠き部からトランス外周に引き出すこと
で、ロータ側トランスを薄いスペースの中に構成するこ
とができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する
駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの
先端部に内蔵することができるという作用を有する。

【００３０】請求項９に記載の発明は、ロータリトラン
スのステータ側トランスは駆動モータのロータフレーム
の側面に構成されロータ側トランスと対向して、駆動軸
側に取り付けられ、トランスにはコイル溝と切欠き部が
あって、その切欠き部からコイル溝のコイルを外周端面
まで引き出し、超音波診断装置本体側へ接続されたこと
が特徴の請求項１に記載の超音波振動子駆動モータとし
たものであり、コイルの引き出しを切欠き部からトラン
ス外周に引き出すことで、ステータ側トランスを薄いス
ペースの中に構成することができるので、小型な軽量な
超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モ
ータを超音波プローブの先端部に内蔵することができる
という作用を有する。

【００３１】請求項１０に記載の発明は、ロータリトラ
ンスのステータ側トランスは駆動モータの駆動軸にブシ
ュを介して固定され、このブシュの駆動軸嵌合部がブシ
ュにトランスを固定したうえでトランス面を基準に組加
工して得られた請求項７または請求項９記載の超音波振
動子駆動モータとしたものであり、軸ブシュの貫通穴の
内径に対するステータ側トランス面の面振れを小さく抑
えている。さらに回転軸を中心にして同軸に取り付けら
れることになる。そのために伝達特性の減衰もなく伝達
できるという作用を有する。

【００３２】請求項１１に記載の発明は、ロータリトラ
ンスでｎチャンネル（ｎ≧２、ｎは整数）の信号伝達を
行うトランスに同心円状の凹形状溝を形成し、その溝に
コイルを配置し、使用周波数の高い方を内側になるよう
に構成されたことが特徴の請求項１記載の超音波振動子
駆動モータとしたものであり、決められたスペースにチ
ャンネル数の溝を形成することができる。また、外部ノ
イズにも強くなるという作用を有する。

【００３３】請求項１２に記載の発明は、超音波透過性
を有する窓材からなるウインドウケースを具備し、超音
波振動子と上記超音波振動子を駆動させる駆動モータと
を超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した超音
波プローブを備えた超音波診断装置において、駆動モー
タは回転部材にロータフレームと駆動マグネットとを具
備し、固定部材に巻線と駆動軸とベースとを具備し、超
音波振動子を前記ロータフレームの外周部に取り付け
て、前記駆動モータの駆動軸を中心に前記超音波振動子
を回転させ、前記駆動モータの回転部材は２つの軸受で
回転支承され、前記軸受の間にコアと巻線が形成され、
その２つの軸受の間のロータリフレームに超音波振動子
が形成され、さらにその２つの軸受の外側に駆動軸を固
定するベースが構成され、超音波プローブ先端部から超
音波診断装置本体へのケーブルの接続方向に直交するよ
うに前記駆動モータの駆動軸が超音波プローブのウイン
ドウケース内に構成され、そのケーブルの軸方向に平行
に超音波振動子の超音波ビームの軌跡面が構成され、回
転側の超音波振動子との信号伝達手段としてロータリト
ランスを用いた超音波振動子駆動モータを備えたことを
特徴とする超音波診断装置としたものであり、電子−機
械走査式の２次元走査用超音波振動子駆動モータによっ
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超音波振動子の回転軸を同一軸で構
成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小
型軽量にして、超音波伝播媒質の封止範囲を狭くでき、
全体的な超音波プローブの重量を軽くできるうえに、駆
動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であ
るので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情
報に採用でき、精度のよい装置であり、ケーブル軸に対
して平行なビーム軌跡面で画質のよい超音波断層画像を
得ることができるという作用を有する。

【００３４】

【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。

【００３５】（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。

【００３６】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が構成されている。その駆動モータには超音波振動子
とともに回転する駆動ロータ４が構成され、駆動ロータ
４を支持するベース５が内蔵され、超音波プローブのハ
ンドル部６には駆動モータの位置検出信号の中継調整基
板７と超音波伝播媒質の容積調整機構８とが構成されて
いる。

【００３７】超音波振動子１、２は駆動ロータ４の回転
部の外周部に取り付けられている、そのため超音波振動
子１、２の回転軸と駆動モータ３の駆動軸とは同一の軸
となる。駆動軸に対して超音波振動子１、２のビームは
ラジアル方向に放射させる。その駆動ロータ４が回転す
ることで超音波振動子１、２のビーム軌跡は面を形成
し、その軌跡面は駆動軸に対して直交した面となる。

【００３８】駆動ロータ４の回転位置情報を知ること
は、駆動ロータ４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。駆動ロータ４の回転位置
は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段
を併用して駆動ロータ４の回転位置情報を知ることがで
きる。基準位置手段として磁性材のピン９（Ｚ相ピンと
もいう）とＭＲ素子１０（Ｚ相ＭＲ素子ともいう）で構
成されていて、そのＭＲ素子１０はＺ相ＭＲ素子として
他のＭＲ素子と区別している。Ｚ相ＭＲ素子１０では磁
性材のピン９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１０で
は駆動ロータ４の１回転に１パルスの信号が検出でき
る。そのために駆動ロータ４の基準位置を知ることがで
きる。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいので、ノ
イズを受けないためモータの近くの中継アンプ基板１１
で信号増幅されて、プローブ先端からハンドル部６へ引
き回される。

【００３９】相対位置情報手段として磁気式エンコーダ
１２が組み込まれ、その磁気式エンコーダ１２は駆動ロ
ータ４側にエンコーダマグネット１３とベース５側にＭ
Ｒ素子１４（ＡＢ相ＭＲ素子ともいう）で構成されてい
る。ＭＲ素子１４はＡＢ相ＭＲ素子として別のＭＲ素子
と区別される。ＡＢ相ＭＲ素子１４はＡ相、Ｂ相の２チ
ャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ
相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相
差が９０度であるために駆動ロータ４の回転方向をその
位相差から求めることができる。エンコーダマグネット
１３の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極
数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１４から得る。
たとえば、エンコーダマグネット１３は３００極の磁極
であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も３００パルスとなるの
で、駆動モータの位置情報としては１回転あたり３００
の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１
３は回転着磁がなされているために、磁極間の角度精度
は非常に高い。そのＡＢ相信号もモータの近傍の中継ア
ンプ基板１１で一旦増幅して、さらに正弦波波形の信号
を矩形波処理する中継調整基板７に配線し、長い配線処
理をして超音波診断装置本体まで接続される。

【００４０】この駆動モータ３は回転数３００ｒ／ｍｉ
ｎから１８００ｒ／ｍｉｎまで数段階に切り換えて回転
駆動する。たとえば、エンコーダマグネット１３が３０
０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ３０
０パルスとなるので、そのままのパルス数でも使用でき
るが、超音波振動子１、２の回転角度位置の分解精度を
上げるために、Ａ相Ｂ相を４逓倍すれば、１回転あたり
１２００パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度
となる。その駆動モータ３の駆動軸と超音波振動子の回
転軸が同一軸であるので、ばらつきもなく回転角度精度
の良好なものとなり、画像もその信号をトリガーに使用
する場合はかなり画質の良い超音波診断画像となる。

【００４１】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ロータリトランス１５が構
成されている。ロータリトランス１５はロータ側トラン
ス１６とステータ側トランス１７で構成され、ロータ側
トランス１６は駆動ロータ４側のロータ端部に構成さ
れ、ロータ側トランス１６の信号線は超音波振動子１、
２に接続される。ステータ側トランス１７はベース５側
に固定され、ステータ側トランス１７の信号線は本体の
回路側へ接続される。ロータリトランス１５は信号を非
接触で伝達することができるので、接触型のスリップリ
ングに比べて駆動モータに作用する負荷が非常に小さい
ために、小型駆動モータの場合には使用されることが多
い。

【００４２】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、ロータ
リトランス１５を通って駆動モータ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。

【００４３】超音波振動子１、２からの信号の周波数特
性がそれぞれ異なるように構成されていて、周波数の高
い方の超音波振動子を高周波振動子、周波数の低い方を
低周波振動子といって区別する。

【００４４】駆動ロータ４を支承するベース５はプロー
ブ本体の取付台に固定されている。またベース５には駆
動ロータ４を支承する支持部とプローブ本体の取付台に
固定される支持部から構成された、一体部材もので形成
されている。ベース剛性を高めて、駆動モータの支持剛
性を強くしている。

【００４５】駆動ロータ４とベース５と中継アンプ基板
１１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
１８内の超音波伝播媒質に内包されている。ウインドウ
ケース１８内の超音波伝播媒質は気泡が含まれないよう
に減圧して、脱気したうえで、封止される。封止された
超音波伝播媒質が環境によって膨張したりしても、媒質
の圧力が緩和されるように超音波伝播媒質の容積調整機
構８が設けられている。この超音波伝播媒質の容積調整
機構８はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。そ
の容積調整機構８と中継調整基板７は超音波プローブの
ハンドル部６に構成されている。

【００４６】次にシステム本体３７（本体装置）内の送
受信回路部分について説明する。駆動モータ３を駆動す
るための駆動回路３６はシステム本体３７内に構成され
ている。超音波振動子の周波数特性の異なる２つの振動
子に対して、高周波用と低周波用と信号線が異なる。図
１では、異なって信号線で記載してあるが、超音波振動
子１、２を説明の都合上、高周波振動子を超音波振動子
１とし、低周波振動子を超音波振動子２であるとする。

【００４７】超音波を生体内に送信する場合には、まず
パルス発生器１９によって超音波パルスの繰り返し周期
を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数の決
まったパルス振動子駆動回路２０に送られる。この振動
子駆動回路２０では周波数に相当する超音波振動子に駆
動信号を周波数に相当した方のロータリトランス１５を
介して、相当した超音波振動子１（または２）に供給駆
動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成され
る。その駆動パルスによって超音波振動子１（または
２）から生体内に放射される。

【００４８】高周波用送信信号の場合は高周波振動子１
から、低周波用送信信号の場合は低周波振動子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る。
その反射超音波を超音波エコーという。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、この超
音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステ
ム本体３７内の増幅器（高周波の場合は増幅器２１ａ、
低周波の場合は増幅器２１ｂ）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（高周波の場合は対数
増幅器２２ａ、低周波の場合は対数増幅器２２ｂ）で対
数圧縮し、包絡線検波用の検波回路（高周波の場合は検
波回路２３ａ、低周波の場合は検波回路２３ｂ）にて検
波され、ゲイン補正用のゲイン設定器（高周波の場合は
ゲイン設定器２４ａ、低周波の場合はゲイン設定器２４
ｂ）をゲイン制御用コントローラ２５で制御されてゲイ
ン補正され、合成回路２６で信号合成されて、Ａ／Ｄ変
換器２７にてＡ／Ｄ変換され、高速画像のＤＳＰ２８で
画像処理される。ＤＳＰ２８で処理された座像は一旦画
像メモリ２９にストアされる。駆動時の複数の画像も画
像メモリ２９にストアされ、高速画像のＤＳＰ２８を用
いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コ
ンバータ（ＤＳＣ）３０を介してＴＶ走査用フォーマッ
トに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３１
にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置
３７には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３２
があり、画像データやメモリや駆動モータの駆動回路な
どを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰ
Ｕ３２は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、
プローブとしての処理を統括していることになる。

【００４９】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、６はハンドル部を示し、中継調整基
板が内蔵されている。３３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１８が先端に取り付けられていて、その超音波プロ
ーブの先端部３３は駆動モータと超音波振動子などが内
蔵されている。超音波プローブはケーブル３４の先に構
成されたコネクタ３５でシステム本体に接続されてい
る。先端部３３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３４は、
超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力
線（Ｉ／Ｏ線）と駆動モータを駆動制御するための電気
制御線とエンコーダ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３４であ
って、被覆により保護され、かつシールドが施されてい
る。ケーブル３４は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。図２ではケーブル３４は
長いので、途中省略して表現している。

【００５０】図３、図４は本実施例におけるヘキサ巻の
円筒形状の巻線を使用したスロットレスのコア付きモー
タの断面図である。このスロットレスのコア付きモータ
はサーボ制御のブラシレスモータであって、センサレス
駆動タイプのアウターロータ回転タイプである。この実
施例のモータは超音波振動子駆動モータであって、超音
波診断装置のプローブ先端の部に搭載のモータ例であ
る。説明のために図３、図４にはウインドウケース１８
やハンドル部６などケーシング類は省略してある。

【００５１】図３、図４においてそのコア３８は固定側
であって、駆動マグネット３９の付いているロータフレ
ーム４０が回転側である。ロータフレーム４０は小判形
状をしていて、内側には半円状の駆動マグネット３９が
２個対向して取り付けられている。ロータフレーム４０
の小判形状でフラットになった外周面には超音波振動子
４１、４２（図１の符号１、２に該当する）が取り付け
られている。そのためロータフレーム４０がシャフト４
３（駆動軸ともいう）を中心に回転すると、そのロータ
フレーム４０に搭載の超音波振動子４１、４２もシャフ
ト４３を中心に回転する。ロータフレーム４０は軸受４
４、４５で回転支承されている。軸受４４はロータフレ
ーム４０に設けられた軸受ボス部４６に取り付けられて
いる。もう一方の軸受４５はロータ側板４７に取り付け
られ、そのロータ側板４７はロータフレーム４０に嵌合
挿入して装着される。

【００５２】モータを制御するために、ロータ側板４７
にはエンコーダマグネット１３が取り付けられていて、
エンコーダマグネット１３表面に多数の等間隔に磁極が
着磁されている。エンコーダマグネット１３の外周に対
向するように磁気抵抗素子（ＭＲ素子、ＡＢ相ＭＲ素子
ともいう）１４が磁性材の取付台４８に取り付けられ
て、その取付台４８をベースハウジング４９に取り付け
ることで、エンコーダマグネット１３の外周と微少な隙
間を設けてＡＢ相ＭＲ素子１４を配置固定する。

【００５３】また駆動ロータの回転位置情報を知るため
の相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込ま
れている。その磁気式エンコーダは駆動ロータ側にエン
コーダマグネット１３とベースハウジング４９側にＡＢ
相ＭＲ素子１４とで構成されている。エンコーダマグネ
ット１３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。

【００５４】駆動マグネット３９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
１３とＡＢ相ＭＲ素子１４との隙間が非常に狭く設定し
ている。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット
１３の膨潤や切削振れや組立振れなどの影響を少なくす
る必要がある。ロータ側板４７にエンコーダマグネット
１３を接着固定した状態で組加工して部品による振れを
小さくしている。また、エンコーダマグネット１３のプ
ラスチックマグネットでのフェライトの含有量を大きく
した材料を使用している。つまりエンコーダマグネット
１３については、超音波伝播媒質中で使用されるので膨
潤影響を考慮して、７９％以上磁性材を含有したものを
使用している。

【００５５】相対位置情報手段として磁気式エンコーダ
が組み込まれ、その磁気式エンコーダの位置検出素子は
ＡＢ相ＭＲ素子１４である。そのＡＢ相ＭＲ素子１４は
Ａ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子で
あって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ
相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータ
の回転方向をその位相差から求めることができる。その
ために、ロータフレーム４０の取り付けた超音波振動子
４１、４２の回転位置情報を知ることができる。回転着
磁機で多極に着磁されたエンコーダマグネット１３の外
周とＡＢ相ＭＲ素子１４は対向配置されている隙間は５
０μｍ程度であり、超音波伝播媒質中で駆動するので、
大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、
オイル洗浄したうえで組み込みがなされる。そのエンコ
ーダマグネット１３の磁極数に相当した数の信号をＡＢ
相ＭＲ素子１４から検出し、モータの制御信号として駆
動モータを制御させる。

【００５６】たとえば、エンコーダマグネット１３は３
００極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も３００パルスとな
るので、駆動ロータの位置情報としては１回転あたり３
００パルスの分解精度の信号が得られる。Ａ相とＢ相と
も３００パルスであって、９０度の位相差を持っている
ので、Ａ相、Ｂ相の信号を４逓倍すれば、１回転あたり
１２００の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグ
ネット１３は回転着磁がなされるために、磁極間の角度
精度は非常に高いので、磁極間の角度精度は非常に高い
ので、４逓倍してもかなり角度精度のよい位置情報が得
られる。

【００５７】そのＡＢ相ＭＲ素子１４の信号は可撓性基
板（ＡＢ相ＦＰＣともいう、図示せず）を通って駆動ロ
ータの近傍の中継アンプ基板１１で一旦増幅して、さら
に正弦波波形の信号を矩形波処理する中継調整基板に配
線し、そこからケーブルを使用した長い配線処理をして
超音波診断装置本体まで接続される。

【００５８】駆動モータ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Ｚ相ピン９がＳＵＭ２４Ｌ
やＳＵＹなどの磁性材のロータフレーム４０の外周部に
取り付けられている。このＺ相ピン９は円筒形状した部
分をロータフレーム４０の外周に設けられた円筒の穴に
挿入して取り付けられ、駆動回転方向に対して先端部鋭
角になるようにカット面５０が両方に設けられている。
このＺ相ピン９への磁束は駆動マグネット３９から得て
いる。Ｚ相ピン９を検出するＺ相ＭＲ素子１０が磁性材
の取付台５１を介してベースハウジング４９に取り付け
られている。Ｚ相ＭＲ素子１０の信号は可撓性基板（ま
たは、Ｚ相ＦＰＣともいう、図示せず）を通って中継ア
ンプ基板１１に接続され、中継アンプ基板１１から超音
波プローブのハンドル部にある中継調整基板に接続され
て、その中継調整基板からシールドケーブルを通ってコ
ネクタを介して超音波診断装置本体側へ接続される。

【００５９】磁性材のＺ相ピン９とＭＲ素子１０（Ｚ
相）で構成されていて基準位置手段は、磁性材のＺ相ピ
ン９が１つであるために、ＭＲ素子１０（Ｚ相）では駆
動ロータの１回転に１パルスの信号が検出される。その
ＭＲ信号（Ｚ相）は信号レベルが小さいので、モータの
近くの中継アンプ基板１１で信号増幅される。その増幅
後のＺ相信号は中継調整基板のコンパレータ回路で矩形
処理される。矩形処理された信号は０−５Ｖの矩形波信
号であり、外部からのノイズの影響を受けにくい。ＭＲ
素子１０（Ｚ相）からすぐの信号は外部ノイズの影響を
受けやすいので、中継アンプ基板１１をベースハウジン
グ４９の近くに配置して、増幅するようにしている。Ｚ
相コンパレータ信号の立ち上がり位置を駆動ロータの基
準位置にすれば、駆動モータの回転基準位置になり、さ
らには超音波振動子４１、４２の回転基準位置にもな
る。このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子
４１、４２の位置を決めておけば、超音波振動子の回転
位置の基準を個々の超音波プローブ間の相違なく決定す
ることができる。

【００６０】超音波振動子４１、４２への送受信信号を
駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス
１５が構成されている。ロータリトランス１５はロータ
側トランス１６をロータフレーム４０に取り付けられ、
ステータ側トランス１５がベースハウジング４９側に取
り付けられている。ロータリトランス１５は２ｃｈ構成
であるので、トランス対向面にはリング状の溝が２本そ
れぞれのトランスに形成されていて、そのリング状の溝
には巻線が数ターン平面上に配置されている。ロータ側
トランス１６の巻線は溝の下にあけられた穴５２を通っ
てロータフレーム４０側に引き出されてロータ側トラン
スの裏面に貼られたＦＰＣに接続される。また、超音波
振動子のリード線もロータ側トランス裏面に貼られたＦ
ＰＣに接続し、ロータ側トランス１６の巻線を超音波振
動子に導通接続する。ステータ側トランス１５もロータ
側トランス１６の巻線に対向する位置にリング状の溝を
設け、その溝に巻線を数ターン巻配置し、その巻線の端
はステータ側のリング状の溝の奥に設けた穴５３に通し
て、ステータ側トランスの裏側のＦＰＣに接続する。そ
のＦＰＣからはシールド線などを使用して超音波診断装
置本体側へ接続する。

【００６１】本実施例では超音波振動子は２個を使用し
ている。符号では４１、４２である。さらに、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として扱
えるなどの長所がある。

【００６２】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
換えて使用することができるためにより便利な超音波診
断が可能となる。

【００６３】また、ロータフレーム４０に取り付けた超
音波振動子４１、４２はシャフト４３に対して１８０度
離れた位置に取り付けられる、１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２個の超音波振動子を取り付けている。
送信された超音波振動子はその反射信号を受信するが、
反射信号をもう一方の超音波振動子で受信すると、その
信号はノイズとなるために、複数個の超音波振動子を使
用する場合は送受信は同一の超音波振動子で行い、他の
超音波振動子には受信信号がのらないようにする必要が
ある。

【００６４】ロータリトランス１６の場合ではクロスト
ークができるだけ小さくなるようにロータリトランス１
６の材質や磁性材のリングなどを溝の中に入れている。
クロストークは画像のノイズとなるので、充分な配慮が
必要となる。

【００６５】超音波振動子はリード線が２本でていて、
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ロータに
超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリ
ード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うた
めに３本のリード線として処理できる。超音波振動子は
１８０度離れているので、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のでロータ側トランス１６の
裏側に設けたＦＰＣを介して接続している。そのＦＰＣ
には４箇所にランドがあって超音波振動子のリード線を
半田付け接続する。

【００６６】２個の超音波振動子のためにロータリトラ
ンスの溝に配置した巻線のうち外周の巻線は周波数の低
い超音波振動子に構成するように接続する。

【００６７】超音波診断装置本体からＩ／Ｏ線（超音波
信号の送受信線）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２ｋＨｚ〜１２
ｋＨｚの範囲の周波数信号であるために不要輻射の主た
るノイズ源となる。本実施例では液封止の箇所はＩ／Ｏ
線一部を可撓性基板で構成して、そのほかはシールド線
を使用している。Ｉ／Ｏ線はシールドしているため、不
要輻射対策の効果を有するが、ロータリトランスの近傍
はシールドをすることができない。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、そのリング状の溝の外周側から内部に向
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。

【００６８】超音波伝播媒質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エンコーダからの超音波振
動子の走査位置を知るための信号ラインであり、超音波
信号の送受信部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。モータの制
御を安定にさせるためもＩ／Ｏ部は電気シールドして、
ノイズの影響を及ぼさないようにしている。

【００６９】駆動マグネット３９に対向するように円筒
状のコア３８がシャフト４３に固定されている。そのコ
ア３８は絶縁されていて、コア３８の外周部には円筒状
の巻線５４が取り付けられている。その巻線５４は円筒
状のヘキサ巻の巻線である。

【００７０】コア３８は円筒状のコアであるので、スロ
ットのあるコアと区別され、スロットレスコアと呼ばれ
ている。このスロットレスコア３８には、絶縁膜５５が
膜状に施されている。実施例ではこの絶縁膜５５はエポ
キシ樹脂の電着塗装膜で、巻線５４とコア３８との電気
絶縁を目的にしたものであるので、膜厚が厚い方がいい
けれども、膜厚が厚いと巻線５４とコア３８の間に隙間
が生じ効率が低下することになるので、膜厚はできるだ
け薄くするような工程を採用している。絶縁膜はスプレ
ー塗装によっても膜形成が可能である。絶縁膜５５を形
成した電着塗装膜、真空蒸着膜について説明する。

【００７１】電着塗装膜は絶縁性の優れた膜であって、
工業的には比較的に容易に膜形成できるうえに、電着塗
装膜は耐環境性が優れているために空気以外の環境たと
えば油などの環境下でも、モータ使用が可能となる。絶
縁に絶縁テープをする場合は油などの環境下では粘着剤
が特性劣化するために使用できないが、電着塗装膜では
油などの環境でも問題なく使用できる。

【００７２】コアに電着塗装を施す工程の例を以下に説
明する。

【００７３】浴槽に水溶性または水分散型塗料を入れ、
コアを浴槽に侵漬し、導電性のコアの塗装する箇所に電
極を取り付け、浴槽に付属する対極との間に通電する
と、電荷を持った樹脂粒子は電気泳動によってコアに移
動して析出する。これを水洗して焼き付ける。

【００７４】浴の組成や温度、通電条件を適正な水準に
管理すると、塗膜厚の調整が容易でばらつきの少ない電
着塗装膜ができ、１０μｍで公差±５μｍでも管理でき
る。コアは外周部にも電着塗装膜がつくので、電着塗装
膜を管理すれば、モータ組立特性上問題にはならない。
薄い電着塗装膜の場合、電着塗装膜でコアと巻線との絶
縁を持たせるためには、コアエッジ部のエッジカバー率
があまり高くないので絶縁膜の強度には注意が必要であ
る。

【００７５】また、電着塗装膜ではなく、蒸着重合薄膜
を施すこともある。その蒸着重合薄膜は対環境特性が優
れているので、油の中や水の中などに使用される場合に
は採用される膜である。その蒸着重合薄膜について、説
明をする。蒸着重合法は、物理的な真空蒸着法を基に熱
エネルギーによりモノマーを蒸発、活性化させ、基材上
でモノマーを重合させることにより高分子薄膜を作製す
る方法である。この方法は高分子薄膜が単純な装置で製
作できるので本願のモータコアの絶縁や電子部品材料へ
応用ができる。モータのコアの絶縁膜に高分子薄膜を工
業的に処理するためには、膜厚の制御性、均一性、大面
積化、処理速度の高速化、膜性能の再現性などの条件を
満足する方法が要求される。

【００７６】この蒸着重合法は次のような特徴がある。 （１）無媒体、無溶媒で重合できること。 （２）真空中であるので不純物の混入がさけられ高純度
の薄膜ができること。 （３）薄膜が容易に得られること。 （４）分子配列の制御が可能であるので薄膜制御性がよ
い。 （５）ドライプロセスである。 （６）薄膜の電気特性は溶液法で作製した膜と同等であ
る。 （７）難加工性高分子の薄膜法として最適である。 （８）マスク蒸着が可能であるため膜のパターン形成が
簡単にできる。

【００７７】モータのコアの場合は形状が複雑であった
りするので、全方向同時蒸着重合法が用いられる。この
全方向同時蒸着重合法は、基材や真空槽壁をモノマー分
子の蒸発温度以上に加熱しておき、この中に２種類のモ
ノマーを同時に導入し、両者が基材上で反応して蒸気圧
の低い二量体や三量体となり基材上に付着し、さらに反
応して高分子の薄膜を成長させる。モノマー分子が真空
槽全面化から蒸発するので、複雑な基材にも均一に薄膜
が形成できる。

【００７８】またモータのコアに使用される薄膜には、
ポリアミド、ポリアゾメチル、ポリ尿素、ポリオキサジ
アゾール、ポリウレタン、ポリエステルなどに加えて、
ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ベンゾシクロブテ
ン、フッ素化アモルファスカーボン、有機ガラス、パリ
レンなどが使用される。

【００７９】真空での蒸着重合法による薄膜であるの
で、コアの角部のカバーコート率は良好であるので、巻
線とコアとの絶縁が確実にできる。

【００８０】コア３８は絶縁されていて、コア３８の外
周部には円筒状の巻線５４が取り付けられている。その
巻線５４は円筒状のヘキサ巻の巻線である。巻線５４の
タップはコア３８の端面に設けられたフレキシブル基板
５６を介してリード線５７に接続され、そのリード線５
７はシャフト４３の溝を通ってロータの外に引き出され
る。そのシャフト４３の溝、巻線については後述する。

【００８１】駆動モータの回転部はシャフト４３を中心
に回転し、ロータフーム４０の外周部に超音波振動子４
１、４２が取り付けられている。その超音波振動子４
１、４２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４１、４
２の先端には音響レンズ５８がついている。屈折の現象
を有効に利用するのが音響レンズ５８であって、超音波
は液体中よりも固体中での音速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の平面型音響レンズや凸型音
響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。

【００８２】超音波振動子４１、４２のビームは駆動モ
ータのシャフト４３に対して直交してラジアル方向にス
キャンされる。そのためにビームの軌跡面はシャフト４
３に直交しているが、ハンドル部の軸に対しては平行な
面となっている。したがってハンドル部の軸に対しては
平行な面となるビーム軌跡面の超音波断層画像が得られ
る。超音波振動子４１、４２は駆動モータで回転される
のでその時の超音波振動子のビーム軌跡面がシャフト４
３に対して直交する面である。図４から分かるように、
超音波振動子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
周ではなくベースハウジング４９に妨げられて、ある範
囲の超音波画像しか得られない。図４では角度αで示さ
れる範囲となる。その範囲では超音波振動子で走査でき
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角度αは
２２０度となっている。

【００８３】ベースハウジング４９は金属粉末射出成形
法（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ
＝ＭＩＭ）によって金属焼結金属から形成されている。
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で１０ｍｍ以下で±０．０５ｍ
ｍ、特別公差で±０．０３ｍｍ程度であり、金属加工精
度に匹敵するうえに、他の金属ダイキャストなどでは得
られない精度である。本実施例のベースハウジング４９
は３次元的な複雑な形状であるうえに、駆動モータを支
承するために支持剛性が必要であるうえに、超音波振動
子の回転軸の位置寸法が安定であることも重要な要件で
あり、ＭＩＭを採用して製作をした。

【００８４】ＭＩＭで製作するために次のポイントで金
型形状、製品成形条件などを検討した。 （１）部品の厚みができるだけ、均一な厚みになるよう
にする。 （２）円弧形状が多い形状であっても離形を優先にす
る。 （３）支柱部と支持部を設けた形状とする。 （４）焼結後の２次加工箇所をできるだけ少なくする。 （５）抜きテーパを０にする箇所を設け精度向上をはか
る。 （６）軽量であること。

【００８５】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。

【００８６】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で部
品を生産するプラスチック成形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。その後、得られた成形体を熱分解方式な
どで脱脂した後、焼結を行うことで金属部品を生産する
方法である。

【００８７】ベースハウジング４９の材料には、強度が
必要であり、超音波伝播媒体に対して物性が安定であり
材料として、ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０、ＳＵＳ
３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１
６、ＳＵＳ３１６Ｌ等、非鉄系材料ＷＣ−Ｃｏ、Ｗ−Ｃ
ｕ−Ｎｉ、Ｗ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｔｉなどが使用できる材料
が選定できる。

【００８８】その中の一例として平均粉末粒子径が１０
μｍの微細粉末であるＳＵＳ６３０のステンレス鋼粉末
を用いた。

【００８９】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た。

【００９０】ベースハウジング４９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、添加量
を変えながら実験した結果、寸法の低下が見られず成形
体を焼結することができる添加量は３５〜５５ｖｏｌ％
であり、ベースハウジング４９は添加量４５ｖｏｌ％程
度にして製作した。

【００９１】金属粉末とバインダーの混練物には、ベー
スハウジング４９のブランク形状でＭＲ素子取付部やス
テータ側トランス取付部は抜きテーパのないストレート
部を成形体に求めるために、可塑剤、潤滑剤などの添加
物を微量添加している。

【００９２】材料としてＳＵＳ６３０を使用しているの
で、剛性を上げるために、熱処理をしている。ブランク
形状が変形しないように熱処理をする必要がある。

【００９３】実施例の巻線はヘキサ巻の円筒状巻線であ
る。この巻線はコアレスモータに使用されている巻線で
あって、この巻線を円筒状のコアの外周に挿入にて使用
する構成をとっている。このヘキサ巻の巻線は以下のよ
うな方法で製作される。ヘキサ巻線工程は巻回作業、テ
ープ仮固定作業、平プレス作業、カーリング作業、アニ
ール作業という内容になっている。図５はヘキサ巻の説
明図である。

【００９４】巻回作業を３相巻線で説明する。ヘキサ巻
をする場合、六角形の巻枠に整列に巻線を巻回する。 巻線の巻はじめ端５９を巻枠の一カ所に固定する。 つぎに、第一相の巻線部６０を巻はじめ端の際から
巻はじめる。 第一相の巻線部６０の端までいくと、巻枠６１の開
き角の箇所の角部に端子部６２を形成する。 続いて、第二相の巻線部６３を第一相の巻線部６０
の際から巻線開始し、所定数巻回して、第二相の巻線部
６３を作成する。 第二相の巻線部６３の端に、巻線端子部側の巻枠６
１の開き角の箇所と同じ側の角部に端子部６４を形成す
る。 つぎに、第三相の巻線部６５を第二相の巻線部６３
の際から巻線開始し、所定巻数を巻回して第三相の巻線
部６５を作成する。 さらに、その巻線の巻終わり端末線６６はコイルボ
ビンから切断する。

【００９５】次に、テープ仮固定作業について説明す
る。巻枠に巻回した状態で、巻崩れ防止のためにテープ
で仮固定する。その状態で、その六角形の巻枠から抜き
取る。

【００９６】次に、図６を用いて平プレス作業について
説明する。巻枠から抜き取った巻線の六角形の一対対向
面を巻枠軸方向に倒して、平板状にする。その際の一対
の対向面とは前記のテープが貼られている面であるよう
に、倒す面を決める。

【００９７】さらに、カーリング作業について説明す
る。その平板状にした巻線をカーリング棒（成形棒、棒
ともいう）に巻き付ける。その際カーリング成形した外
周にテープを巻き付ける。このテープを巻き付けること
で、カーリング棒から取り出した時に、カーリング成形
後の巻線の成形外径が安定に保たれるうえに、ばらつき
が小さなものになる。また、次工程でのアニール作業で
の作業性が向上するうえに、作業上での断線などの不具
合の発生がなくなる。

【００９８】次に、アニール作業について説明する。カ
ーリング成形した状態の巻線では、加熱して成形を強固
なものにする。巻線は自己融着線を使用しているので、
加熱することで巻線同士が融着するので巻き崩れしな
い。前工程で使用したテープ関係で、さらに強度的にも
強固なものになる。

【００９９】以上の工程によって図７の説明図に示すよ
うな円筒状の巻線が出来上がる。

【０１００】図３、図４から、駆動モータのモータリー
ド線５７はシャフト４３の溝から外部に引き出されて、
モータリード線５７は駆動モータが３相であることか
ら、３本であり、その個々のモータリード線は所定の中
継アンプ基板１１に半田接続される。中継アンプ基板１
１に接続されたモータリード線５７は一般にＵ相、Ｖ
相、Ｗ相として区別されている。さらにモータ巻線へ電
力を供給する線は超音波プローブのハンドル部の中継調
整基板を通って超音波装置本体側へ接続される。モータ
リード線５７はモータの駆動電流が流れるために、リー
ド線抵抗が小さなものを使用している。すなわち、導体
を太くしている。

【０１０１】シャフト４３の溝にリード線を通して外部
に引き出すことで、シャフト４３の強度が低下する。し
たがって、取り扱いの不注意で超音波プローブを落下さ
せてしまう場合、モータに作用する衝撃荷重によって、
回転位置精度の検出部の構成精度が劣化したり、駆動軸
が変形したりすることがないように、シャフトの溝形状
について、有限要素解析を使用して、製作できる溝形状
を検討した。モータ部をできるだけ軽量にすることは当
然であるが、シャフトの溝形状でも耐衝撃性を向上させ
る必要がある。

【０１０２】超音波プローブの先端に駆動モータを搭載
する場合、その超音波プローブが経膣内に挿入タイプで
あれば、ウインドウケースの大きさは１インチ程度であ
るために、駆動モータのシャフト径はφ２ｍｍ以下であ
る。あまり大きいと駆動モータが構成できない。

【０１０３】図８に示すシャフト径をφ１．５の場合
で、リード線はφ０．３２ｍｍである例をもとに、解
析、評価を実施した。ただし、変形の量を比較するため
に、解析の荷重１０００ｍＮをシャフト先端に作用させ
た変位量をもって判断した。荷重方向９０度角度差のあ
る方向とし、Ｆ１、Ｆ２方向とした。

【０１０４】まず、解析の基準となる形状として溝形状
のない実軸のシャフトでの変位量を１として溝形状のシ
ャフトの変位量の比を求めた。

【０１０５】図８は中央部の円形な袋になった穴６８が
端面からあけられ、巻線への導通する線を駆動軸に挿入
する長穴６９と連通した溝形状であるシャフトを示す。
図８（ａ）はシャフトの斜視図であって、図８（ｂ）は
溝形状での荷重の方向を表す図である。

【０１０６】図８は中央部の円形な穴６８が開けられて
いて、シャフト６７の外周に長穴６９があけられ、その
長穴６９は中央部の穴６８との開口口となっている。円
形な穴６８は袋状の穴である。リード線は中央部の円形
な穴６８の中を通して外部に引き出している。そのため
には、長穴６９の開口口からリード線を挿入する。この
溝形状での変位量比は１．３２倍（Ｆ１方向）、１．２
２倍（Ｆ２方向）である。このシャフト６７の駆動モー
タに２５００Ｇの衝撃を加えてもシャフト６７の変形に
よる特性の変化が見られていない。かなり実軸に近い値
であるので、衝撃による特性変化が見られなかったと思
われる。

【０１０７】図３に見られるようにロータリトランス側
のシャフトの先端にはスリ割り加工が施されてスリット
溝が形成される。図８にもそのスリ割り加工がある。

【０１０８】駆動モータがセンサレス駆動モータであ
り、駆動のためにＡＢ相ＭＲ信号とＺ相信号からモータ
のコイルの相に通電させる基準信号を作り出すことで、
このセンサレスモータの駆動を行っている。巻線の相の
位置が正確に決定できないので、巻線を回転させて相の
通電位置調整をする必要がある。その調整のためにシャ
フトにスリ割り加工をしている。駆動電流が最小になる
位置にシャフトを回転固定すればいいので、そのスリッ
ト溝（またはスリ割り）をドライバーなどで回転調整す
る。

【０１０９】図３、図４によれば、シャフトの中心にし
て内側から、コア、絶縁膜、巻線、空気の隙間、マグネ
ット、ロータフレームのような構成である。すなわち、
スロットレスのコア付きモータの構成となっている。

【０１１０】図９はロータリトランスの原理説明図であ
る。ステータ側トランス７１とロータ側トランス７２が
エアギャップ７３をもって構成されている。ロータ側ト
ランス７２は超音波振動子につながっている。ステータ
側トランス７１はシステム本体につながる。ロータフレ
ームの回転部から固定部（またはその逆）に電気信号を
伝達する場合、スリップリングかロータリトランスが用
いられる。ブラシ付きモータなどに使用されているブラ
シをスリップリングに応用しても原理的には可能である
が、数ｍＶという弱電気信号と数ＭＨｚという高い周波
数を取り扱うのでノイズの問題と摺動することによる摩
耗寿命や摺動負荷などの改善が必要となり、超音波診断
装置用に特別な仕様のものを開発する必要がある。摺動
による摩耗によって寿命などが制約を受けることや駆動
モータが小型になれば発生するトルクも小さくなり摺動
ロスがあると有効なトルクが小さくなるなどの問題か
ら、ロータリトランスを採用した。ロータリトランスに
は平板型と同軸型がある。

【０１１１】２チャンネルのロータリトランスの例であ
るのでトランス表面には凹状のコイル溝７４ａ、７５
ａ、７４ｂ、７５ｂがそれぞれ２つ形成されている。コ
イル溝は対向した溝同士で信号の伝達を行うために、溝
の同軸半径長さが異ならないように設計する。

【０１１２】図９に表した磁気回路のような系となる。
ステータ側とロータ側のコイル溝に配置するコイル数を
違えて、伝達効率を改善する場合もあるので、図９にお
いてはステータ側トランスの方がコイル数を多くするよ
うに表現している。一般的にはステータ側のトランスの
コイルの数を多くしている。通常は２倍である。しか
し、小型の超音波プローブの場合は設計的にスペースも
ないので、対向するコイルの仕様は同じにしていること
が多い。

【０１１３】図９に示されるロータリトランスは平板型
である。図のように円板状のトランスはフェライトコア
に同心状に２つの円形溝が形成されそれぞれの溝中にコ
イルを巻き、そのコイルの端を外部に引き出し、素子や
回路に接続している。このような構造がロータリトラン
スであり、ロータ・ステータ間のコイルに発生する磁界
をフェライト材を介して、効率よく非接触で電気信号の
伝達を行う手段がロータリトランスである。図には磁気
回路の状態を表しているが、この磁気回路の性能は大部
分はロータ側トランスとステータ側トランスの間のエア
ギャップの精度によって左右される。駆動モータをプロ
ーブ先端に内包するタイプの経膣用超音波プローブで
は、このエアギャップは１００μｍ程度に調整固定され
る。

【０１１４】ロータリトランスは図１０のような電気的
回路図となる。この図は超音波振動子１個あたりの回路
図であり、チャンネル数に応じて複数個の回路から構成
される。ロータリトランスは仕様項目の中で、結合係数
は１次側と２次側の間の磁束結合比を表していて、設計
計算の場合は結合係数は１として扱うが、実際には０．
９〜０．９６程度で使用される。すなわち、ロータ側ト
ランスとステータ側トランスの電力は結合係数が仮に１
とすると同一であることになる。送信時の信号レベルに
比べて、受信レベルの信号は微弱になるので、ステータ
側のコイル巻数を多くして、信号の品質を向上させる。
トランスのコイルインダクタンスをロータ側をＬ１、ス
テータ側をＬ２とした。

【０１１５】ロータリトランスに使用される平面コイル
は、偏平渦巻きコイル、単層円筒形コイル、多層円筒巻
コイルのいずれかである。実施例における平面コイルは
扁平渦巻きコイルである。図１１に示すような偏平渦巻
きコイルのインダクタンスは次式であらわされる。

【０１１６】

【数１】

【０１１７】したがって、インダクタンスを大きくする
のは、巻数を増やすか、コイル溝の位置半径を大きくと
ればいいので、多チャンネルのロータリトランスの場合
は使用周波数の高い方を内側になるようにすることで、
決められたスペースにチャンネル数の溝を形成すること
ができる。また、外部ノイズにも強くなる。

【０１１８】図３で示すように超音波振動子４１、４２
への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、
ロータリトランス１５が構成されている。ロータリトラ
ンス１５はロータ側トランス１６をロータフレーム４０
に取り付けられ、ステータ側トランス１７がベースハウ
ジング４９側に取り付けられている。

【０１１９】超音波振動子が２個搭載されているのでロ
ータリトランス１５は２ｃｈ構成であるので、トランス
対向面にはリング状の溝が２本それぞれのトランスに形
成されている。

【０１２０】図１２にはロータ側トランス１６の斜視図
を示す。ロータ側トランス１６の表面に同心円状にコイ
ル用溝（またはコイル溝）７６、７７が形成され、その
コイル溝７６、７７には、溝に適した半径のコイルが装
着される。図３に示すような駆動モータをウインドウケ
ース内に収納するために、ロータリトランスは円板形状
のものであって、できるだけ薄いものを採用した。コイ
ル溝に配置するコイルの処理方法によっては、モータの
トルク発生スペースが小さくなるので、特性の低下を少
なくするように、フレキシブル基板を使用して、コイル
端末の接続を行った。

【０１２１】図１３にはロータ側トランス１６を取り付
けたロータフレームの断面図を示す。図１４にはロータ
フレーム４０のトランス固定側側面を示す。図１３、図
１４でロータリトランスを説明する。コイル７８は非磁
性材である接着材にて溝に固定し、ロータ側トランス１
６のコイル７８の端末線は溝の下にあけられた穴５２を
通って溝面とは逆面に引き出され、トランスの裏側に貼
られたフレキシブルプリント基板７９に半田付け接続さ
れる。そのフレキシブルプリント基板７９を介して、ロ
ータロータフレーム４０側の超音波振動子に接続され
る。そのフレキシブルプリント基板（またはＦＰＣとも
いう）７９の厚み相当分を逃げるためにロータフレーム
４０のトランス取付面には逃げ部８０が形成されてい
る。さらにコイル７８をＦＰＣ７９に半田付けする接続
部８１はロータフレーム４０と接触しないように大きな
逃げ８２がロータフレーム側面に設けられている。ロー
タフレーム４０のインロー部８３はロータフレーム４０
の加工の際に軸受取付フランジ部８４と同時に加工され
るので回転軸とインロー部８３の同軸性は良好なものが
得られる。ロータ側トランス１６はそのインロー部８３
に規制されて取り付けられているために、回転軸を中心
にして同軸に取り付けられることになる。そのために伝
達特性の減衰もなく伝達できるトランスとなる。

【０１２２】また、ロータフレーム４０とロータ側トラ
ンス１６との面方向取付において、回転軸に対するロー
タ側トランス１６の面の振れを抑えるために、トランス
の裏面とロータフレームとの規制固定は回転軸からでき
るだけ離れた規制面８５で接触させるようにしたこと
で、回転軸に対するトランス表面のふれを抑えている。
この規制面８５もロータフレーム４０の加工の際にイン
ロー部８３の加工とワンチャックにて加工しているの
で、インロー部８３との直角性は精度よくできている。
したがって、ロータ側のトランス１６表面の回転軸に対
するふれは小さなものになっている。

【０１２３】図１４はトランス固定側側面から見たロー
タフレームである。ロータフレーム４０にトランスを固
定する規制面８５とインロー部８３とでトランスは規制
固定される。トランスの裏面に貼られたフレキシブルプ
リント基板をロータフレームの外周側に導き出すため
の、切欠き部８６がロータフレームの規制面８５に構成
される。この切欠き部８６から引き出されたフレキシブ
ルプリント基板（図１３の７９）に超音波振動子から出
たリード線を半田接続する。実際には、インロー部があ
るために規制面８５の切欠き部８６だけではＦＰＣは引
き出せない。つまりインロー部もＦＰＣを引き出すため
の切欠きが必要である。インロー部の切欠き部８７以上
にインロー部の逃げを大きくとり、その逃げ部にＦＰＣ
のランド部を設けて超音波振動子から出たリード線を半
田接続している。超音波振動子は２個搭載しているの
で、超音波振動子のリード線の接続部は１８０度離れた
ロータフレーム端面に構成される。

【０１２４】ロータリトランスのロータ側トランスを薄
いスペースの中に構成することができるので、小型な軽
量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆
動モータを超音波プローブの先端部に内蔵することがで
きる。

【０１２５】図１５に示すようにステータ側トランス１
７もロータ側トランス１６と同様に２ｃｈの構成になっ
ている。ステータ側トランス１７のトランス対向面に
は、ロータ側の溝と対向する半径位置に２本のコイル溝
８８、８９が形成され、そのコイル溝８８、８９には、
溝に適した半径のコイル９０が装着されている。コイル
９０は非磁性材である接着材にてコイル溝に固定し、ス
テータ側トランス１７のコイル９０の端末線は溝の下に
あけられた穴５３を通ってステータ側トランス１７の裏
側に引き出され、トランス１７の裏側に貼られたフレキ
シブルプリント基板（またはＦＰＣともいう）９１に半
田付け接続される。そのフレキシブルプリント基板９１
を介して、超音波診断装置本体側へと接続される。ステ
ータ側トランス１７の裏側のＦＰＣ９１は、ベースハウ
ジングの支柱部に支障がない位置でシールド線に半田接
続され、超音波診断装置本体側へ接続する。

【０１２６】コイルの引き出しを裏面にすることで、ス
テータ側トランスを薄いスペースの中に構成することが
できるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動
モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端
部に内蔵することができる。

【０１２７】図１３、図１４、図１５から、ステータ側
トランス１７とロータ側トランス１６のエアギャップを
均一に保つために、ロータ側トランス１６はロータフレ
ームのインロー部８３を係合しつつ、トランスの外周側
端面の箇所をロータフレームに固定して、駆動軸に対し
て面振れが小さくなるように組み立てる。そのためにロ
ータ側トランス１６は表裏面の平行度をきびしく規定し
ている。ステータ側トランス１７は駆動軸に対して、面
ぶれが小さくなるようにするために、図１５に示すよう
な軸ブシュ９２を用いている。すなわち、ブシュ（また
は軸ブシュ）９２にステータ側トランス１７を接着固定
させて、ステータ側トランス面９３を基準して、軸と嵌
合する貫通穴９４を組加工して仕上げることで、軸に対
するステータ側トランス面の面振れを小さく抑えてい
る。回転軸を中心にして同軸に取り付けられることにな
る。そのために伝達特性の減衰もなく伝達できるトラン
スとなる。

【０１２８】（表１）に、超音波診断装置の超音波プロ
ーブに使用するロータリトランスのトランス材料の特性
を示す。

【０１２９】

【表１】

【０１３０】超音波診断装置の使用周波数は１ＭＨｚ〜
１０ＭＨｚであり、家電製品に比べて周波数が高い。し
たがって、使用するトランスの材料は初透磁率μｉの周
波数特性が使用周波数の範囲でフラットな材料がいいこ
とから、初透磁率は比較的小さな材料を使用する必要が
ある。超音波診断装置のロータリトランスの初透磁率は
６５０以下のものが好適である。

【０１３１】また、図３、図４からロータフレーム４０
に取り付けた超音波振動子４１、４２はシャフト４３に
対して１８０度離れた位置に取り付けられる、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２個の超音波振動子を取り
付けている。送信された超音波振動子はその反射信号を
受信するが、反射信号をもう一方の超音波振動子で受信
すると、その信号はノイズとなるために、複数個の超音
波振動子を使用する場合は送受信は同一の超音波振動子
で行い、他の超音波振動子には受信信号がのらないよう
にベースハウジングの内壁には吸音材は塗られている。
ベースハウジングと超音波振動子の角度の関係から、吸
音材を塗らなくてもノイズの発生が少ないようにベース
ハウジングの内部の部材を構成している。

【０１３２】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ロータに
超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリ
ード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うた
めに３本にリード線として処理できる。超音波振動子は
１８０度離れているので、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のでロータ側トランス１６の
裏側に設けたＦＰＣを介して接続している。そのＦＰＣ
には４箇所にランドがあって超音波振動子のリード線を
半田付け接続する。

【０１３３】２個の超音波振動子のためにロータリトラ
ンスの溝に配置した巻線のうち外周の巻線は周波数の低
い超音波振動子に構成するように接続する。

【０１３４】図３、４に示すロータリトランスを、（表
１）に示される材料から作成した時のロータリトランス
の特性を図１６〜図１８に示す。

【０１３５】図１６はステータ側組み合わせインダクタ
ンスの周波数特性である。使用周波帯域でインダクタン
スはフラットであることが望ましいので、コイルのター
ン数やコアの溝位置など設計する。この特性図からわか
るように、周波数１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲はインダ
クタンスはフラットである。インダクタンスはチャンネ
ルごとに測定されている。以下のようなショート条件の
もとに測定される。ｃｈ１を測定するときはｃｈ２のス
テータ側をショートする。またｃｈ２を測定するときは
ｃｈ１のステータ側をショートする。

【０１３６】図１７はステータ側の漏洩インダクタンス
の周波数特性である。周波数が低いところが漏洩インダ
クタンスが大きく、周波数が大きくなるにしたがって小
さくなり、０．１ＭＨｚぐらいのところで一定となる。
それ以上周波数が大きくなっても漏洩インダクタンスは
ほとんど変わらない。３０ＭＨｚ以上になると漏洩イン
ダクタンスの値は大きくなる測定結果が得られる。超音
波診断装置に使用される周波数帯域では漏洩インダクタ
ンスは小さくほぼ一定である。この測定は組み合わせイ
ンダクタンスの測定ｃｈのロータ側をショートして測定
する。

【０１３７】図１８はクロストークの周波数特性を表
す。一般にクロストークはロータリトランスでは−２０
ｄＢ程度である。図のクロストークも−２０ｄＢであ
り、問題ないレベルになっている。ロータリトランスの
場合ではクロストークができるだけ小さくなるようにロ
ータリトランスの材質や磁性材のリングなどを溝の中に
入れている。クロストークは画像のノイズとなるので、
充分な配慮が必要となる。

【０１３８】（実施例２）図１９に実施例２におけるロ
ータリトランスの片方のトランスの斜視図を示す。トラ
ンス９５の表面に同心円状にコイルが形成され、そのコ
イル溝９６、９７には、溝に適した半径のコイルが装着
される。駆動モータをウインドウケース内に収納するた
めに、ロータリトランスとしてできるだけ薄い構成にす
るために、トランス裏面へのコイルの引き出し処理を廃
止し、外周側から引き出し構造にした。コイル溝に配置
するコイルの処理方法によっては、モータのトルク発生
スペースを大きくできるので、特性の低下を抑制して小
型の駆動モータをつくることができる。

【０１３９】内側のコイルの端末は内側コイルの外壁の
切欠き部９８と外側コイルの外壁の切欠き部９９とを通
って引き出す。また外側のコイルの端末はそのコイル溝
の外壁の切欠き部１００を通って引き出す。内側コイル
の引き出す方向と外側コイルの引き出す方向とは１８０
度反対位置になっている。外側のコイル溝の外壁の切欠
き部９９、１００はトランスの厚み分だけの切欠きとな
っている。

【０１４０】切欠きから引き出したコイル線は、ロータ
側のトランスでは超音波振動子に接続し、ステータ側ト
ランスでは本体側に接続する。

【０１４１】ロータリトランスのロータ側トランスは駆
動モータのロータフレームの側面に構成され、かつ、そ
のロータフレームの外周には超音波振動子が取り付けら
れ、ロータフレームの外周方向に超音波ビーム軌跡面を
形成し、そのビーム軌跡面に平行にロータリトランスの
ギャップ面を構成することで、超音波の信号の反射や多
重反射信号がノイズとしてロータリトランスに飛び込ま
ない。そのため、画像の良い超音波診断装置の超音波振
動子駆動モータができる。

【０１４２】本実施例では超音波振動子は２個を使用し
ている。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
ったものとして扱えるなどの長所がある。

【０１４３】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
換えて使用することができるためにより便利な超音波診
断が可能となる。

【０１４４】駆動モータを回転させると、駆動軸を中心
にして走査するので、駆動軸に直交した超音波振動子の
ビーム軌跡面で超音波断層画像が得られる。その超音波
断層画像は２次元画像である。このように、本実施では
２次元走査用超音波プローブが可能となる。たとえば、
２４０度範囲の超音波断層画像が得られるという従来に
ない測定範囲の広きものを得ることができる。また、２
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、より挿入部を小型化、軽量化することがで
きるという利点を有する。

【０１４５】このように、本実施例における２次元走査
用超音波プローブは軽量で小型でプローブ先端部に駆動
部の主な機構部が内蔵されている。超音波振動子による
と、広角な範囲の超音波断層画像が得られる。

【０１４６】本実施例の２次元走査用超音波プローブに
よる２次元的スキャンが可能であり、超音波振動子が固
定された駆動モータの回転にともなって、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。駆動ロータ
を支承したベースをプローブの取付部にしっかり取り付
けることで、耐衝撃性が向上することになる。

【０１４７】

【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、電子−機械走査式の２次
元走査用超音波振動子駆動モータによって、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
軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振
動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にして、
超音波伝播媒質の封止範囲を狭くでき、全体的な超音波
プローブの重量を軽くできるうえに、駆動モータの駆動
軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モ
ータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用でき、
精度のよい装置であり、ケーブル軸に対して平行なビー
ム軌跡面を得ることができる。ロータフレームの外周に
取り付けられた超音波振動子の信号伝達手段をロータリ
トランスにすることで、ロータリトランスは非接触の信
号伝達が可能であるためにロータリトランスを回転させ
るトルクがほとんど無視できる程度であり、摺動タイプ
のスリップリングに比べて負荷が小さくなり、駆動モー
タも小型にすることができる。また非接触であるため
に、摺動による摩耗によって寿命などが制約を受けるこ
とがない。さらに駆動ロータがベースの支柱部に安定し
て支承できるので、ロータ位置がガタつかない。そのた
めに超音波振動子の位置が安定し、ビームの軌跡が同じ
位置となり、送受信が安定するために画像が鮮明にな
る。さらにビーム軌跡面はケーブ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
という有利な効果が得られる。

【０１４８】また、請求項２記載の発明によれば、ロー
タリトランスを円板型にすることで駆動モータをウイン
ドウケース内に収納することができる。コイル溝に配置
するコイルは円板側のほうが間単に作成することがで
き、周波数に対応した画像精度を得ることができるとい
うことが得られるものである。

【０１４９】また、請求項３記載の発明によれば、面方
向取付において、回転軸に対するロータ側トランスの面
の振れを抑えるために、トランスの裏面とロータフレー
ムとの規制固定は回転軸からできるだけ離れた面で接触
させるようにしたことで、回転軸に対するトランス表面
のふれを抑えている。この規制面もロータフレームの加
工の際にインロー部の加工とワンチャックにて加工して
いるので、インロー部との直角性は精度よくできてい
る。したがって、ロータ側のトランス表面の回転軸に対
する振れは小さなものになる。さらに、小型な軽量な超
音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モー
タを超音波プローブの先端部に内蔵することができる。

【０１５０】また、請求項４記載の発明によれば、超音
波の信号や多重反射信号がノイズとしてロータリトラン
スの飛び込まないために、画像の良い超音波診断装置の
超音波振動子駆動モータができるということが得られる
ものである。

【０１５１】また、請求項５記載の発明によれば、ロー
タフレームのインロー部はトランスを係合して組み立て
るので、回転軸を中心にして同軸に取り付けられること
ができ、そのために伝達特性の減衰もなく伝達できると
いうことが得られるものである。

【０１５２】また、請求項６記載の発明によれば、コイ
ルの引き出しを裏面にすることで、ロータリトランスの
ロータ側トランスを薄いスペースの中に構成することが
できるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動
モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端
部に内蔵することができるということが得られるもので
ある。

【０１５３】また、請求項７記載の発明によれば、コイ
ルの引き出しを裏面にすることで、ステータ側トランス
を薄いスペースの中に構成することができるので、小型
な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、そ
の駆動モータを超音波プローブの先端部に内蔵すること
ができるということが得られるものである。

【０１５４】また、請求項８記載の発明によれば、コイ
ルの引き出しを切欠き部からトランス外周に引き出すこ
とで、ロータ側トランスを薄いスペースの中に構成する
ことができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動す
る駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブ
の先端部に内蔵することができるということが得られる
ものである。

【０１５５】また、請求項９記載の発明によれば、コイ
ルの引き出しを切欠き部からトランス外周に引き出すこ
とで、ステータ側トランスを薄いスペースの中に構成す
ることができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動
する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プロー
ブの先端部に内蔵することができるということが得られ
るものである。

【０１５６】また、請求項１０記載の発明によれば、ブ
シュの貫通穴の内径に対するステータ側トランス面の面
振れを小さく抑えている。さらに回転軸を中心にして同
軸に取り付けられることになる。そのために伝達特性の
減衰もなく伝達できる。

【０１５７】また、請求項１１記載の発明によれば、決
められたスペースにチャンネル数の溝を形成することが
できる。また、外部ノイズにも強くなるということが得
られるものである。

【０１５８】また、請求項１２記載の発明によれば、電
子−機械走査式の２次元走査用超音波振動子駆動モータ
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超音波振動子の回転軸を同一
軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構
部を小型軽量にして、超音波伝播媒質の封止範囲を狭く
でき、全体的な超音波プローブの重量を軽くできるうえ
に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一
軸であるので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の
位置情報に採用でき、精度のよい装置であり、ケーブル
軸に対して平行なビーム軌跡面で画質のよい超音波断層
画像を得ることができる。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ウイン
ドウケース内に構成できる２次元超音波画像用走査する
機構を内蔵することができる。超音波を走査するための
駆動モータを小型、軽量に作製でき、駆動モータをウイ
ンドウケースに内蔵した超音波プローブを提供でき、そ
のプローブを用いて超音波診断ができ、診断の便宜性を
向上させることができる超音波診断装置が提供できる。
また、超音波振動子のビーム軌跡面はケーブル軸に対し
て同一方向を向いていて、駆動モータ軸はケーブル軸と
は垂直な関係であり、ビーム軌跡面はケーブル軸に対し
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。２次元駆動部の駆動モータをウインドウケ
ースの中に内蔵できるので、小型で軽量な超音波プロー
ブができ、それを使用した超音波診断ができ、診断の便
宜性を向上させることができる。超音波振動子の位置が
安定し、ビームの軌跡が安定で通常の診断画像を行うこ
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
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
の構造図

【図５】ヘキサ巻の説明図

【図６】（ａ）ヘキサ巻の平プレス作業についての説明
図 （ｂ）ヘキサ巻の平プレス作業についての説明図

【図７】円筒の巻線の説明図

【図８】（ａ）シャフトの斜視図 （ｂ）溝形状での荷重の方向を示す図

【図９】ロータリトランスの原理説明図

【図１０】ロータリトランスの電気的回路図

【図１１】偏平渦巻きコイルの説明図

【図１２】ロータ側トランスの斜視図

【図１３】ロータフレームに取付状態でのロータ側トラ
ンスの説明図

【図１４】ロータ側トランスを取り付けるロータフレー
ムの取付面の説明図

【図１５】ステータ側トランスの説明図

【図１６】トランスのインダクタンス特性図

【図１７】トランスの漏洩特性図

【図１８】トランスのクロストーク特性図

【図１９】本発明の実施例２によるロータリトランスの
片方のトランスの斜視図

【符号の説明】 １、２、４１、４２ 超音波振動子 ３ 駆動モータ ４ 駆動ロータ ５ ベース ６ ハンドル部 ７ 中継調整基板 ８ 超音波伝播媒質の容積調整機構 ９ 磁性材のピン １０ ＭＲ素子（Ｚ相） １１ 中継アンプ基板 １２ 磁気式エンコーダ １３ エンコーダマグネット １４ ＭＲ素子（ＡＢ相） １５ ロータリトランス １６ ロータ側トランス １７ ステータ側トランス １８ ウインドウケース １９ パルス発生器 ２０ 振動子駆動回路 ２１ａ、２１ｂ 増幅器 ２２ａ、２２ｂ 対数増幅器 ２３ａ、２３ｂ 検波回路 ２４ａ、２４ｂ ゲイン設定器 ２５ ゲイン制御用コントローラ ２６ 合成回路 ２７ Ａ／Ｄ変換器 ２８ ＤＳＰ ２９ 画像メモリ ３０ ＤＳＣ ３１ テレビモニタ ３２ ホストＣＰＵ ３３ 先端部 ３４ ケーブル ３５ コネクタ ３６ 駆動モータ駆動回路 ３７ システム本体（本体装置） ３８ コア ３９ 駆動マグネット ４０ ロータフレーム ４３、６７ シャフト ４４、４５ 軸受 ４６ 軸受ボス部 ４７ ロータ側板 ４８、５１ 取付台 ４９ ベースハウジング ５０ カット面 ５２、５３ 穴 ５４ 巻線 ５５ 絶縁膜 ５６ フレキシブル基板 ５７ モータリード線 ５８ 音響レンズ ５９ 巻はじめ端 ６０ 第一相の巻線部 ６１ 巻枠 ６２、６４ 端子部 ６３ 第二相の巻線部 ６５ 第三相の巻線部 ６６ 巻終わり端末線 ６８ 穴（丸穴） ６９ 穴（長穴） ７０ スリット ７１ ステータ側トランス ７２ ロータ側トランス ７３ エアギャップ ７４ａ、７５ａ ステータ側コイル溝 ７４ｂ、７５ｂ ロータ側コイル溝 ７６、７７、８８、８９、９６、９７ コイル溝 ７８、９０ コイル ７９、９１ フレキシブルプリント基板 ８０ 逃げ部 ８１ 接続部 ８２ 逃げ ８３ インロー部 ８４ フランジ部 ８５ 規制面 ８６、８７、９８、９９、１００ 切欠き部 ９２ 軸ブシュ ９３ ステータ側トランス面 ９４ 貫通穴 ９５ トランス Ｆ１、Ｆ２ 荷重方向 Ｒ１ 内半径 Ｒ２ 外半径 Ｎ 総巻数 ａ （Ｒ１／Ｒ２）の関数 Ｌ１、Ｌ２ インダクタンス α 角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 AA02 BB02 BB28 BB35 CC02 EE16 EE20 FF01 GA04 GB02 GB27 GC01 GC15 GC22 GC24 GD16 HH04 HH47 HH52 JA14 JB11 JB50 JC14 LL02 LL04 5H019 AA00 AA07 BB01 BB05 BB12 BB19 CC04 5H611 AA05 BB01 BB08 TT01 UA01 UA07

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転部材にロータフレームと駆動マグネ
   ットとを具備し、固定部材に巻線と駆動軸とベースとを
   具備し、超音波振動子を前記ロータフレームの外周部に
   取り付けて、前記回転部材は２つの軸受で回転支承さ
   れ、前記軸受の間にコアと巻線が形成され、前記２つの
   軸受の間のロータフレームに超音波振動子が形成され、
   さらに前記２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベース
   が構成され、超音波プローブ先端部から超音波診断装置
   本体への接続方向に直交するように前記駆動軸が構成さ
   れ、回転側の超音波振動子との信号伝達手段としてロー
   タリトランスを備えたことを特徴とする超音波振動子駆
   動モータ。
2. 【請求項２】 ロータリトランスは円板型である請求項
   １に記載の超音波振動子駆動モータ。
3. 【請求項３】 ロータリトランスのロータ側トランスは
   駆動モータのロータフレームの側面に構成された請求項
   １に記載の超音波振動子駆動モータ。
4. 【請求項４】 ロータリトランスのロータ側トランスは
   駆動モータのロータフレームの側面に構成され、かつ、
   このロータフレームの外周には超音波振動子が取り付け
   られ、ロータフレームの外周方向に超音波ビーム軌跡面
   を形成し、このビーム軌跡面に平行にロータリトランス
   のギャップ面を構成したことが特徴の請求項１に記載の
   超音波振動子駆動モータ。
5. 【請求項５】 ロータリトランスのロータ側トランスは
   外周部をロータフレームの突起円筒部に係合させて、ロ
   ータリトランス面のコイル溝の中心を回転中心に形成し
   たことが特徴の請求項１に記載の超音波振動子駆動モー
   タ。
6. 【請求項６】 ロータリトランスのロータ側トランスは
   駆動モータのロータフレームの側面に構成され、トラン
   スにはコイル溝と穴があってその穴はコイル溝からトラ
   ンス裏面に通じていて、トランスのコイル溝に配置され
   たコイルの端末はコイル溝に設けられた穴からトランス
   の裏面に引き出され、トランス裏面に貼られたフレキシ
   ブルプリント基板を介して、超音波振動子へ接続された
   請求項１に記載の超音波振動子駆動モータ。
7. 【請求項７】 ロータリトランスのステータ側トランス
   は駆動モータのロータフレームの側面に構成されロータ
   側トランスと対向して、駆動軸に取り付けられ、トラン
   スにはコイル溝と穴があってその穴はコイル溝からトラ
   ンス裏面に通じていて、トランスのコイル溝に配置され
   たコイルの端末はコイル溝に設けられた穴からトランス
   の裏面に引き出され、トランス裏面に貼られたフレキシ
   ブルプリント基板を介して、超音波診断装置本体側へ接
   続されたことが特徴の請求項１に記載の超音波振動子駆
   動モータ。
8. 【請求項８】 ロータリトランスのロータ側トランスは
   駆動モータのロータフレームの側面に構成され、トラン
   スにはコイル溝と切欠き部があって、前記切欠き部から
   コイル溝のコイルを外周端面まで引き出し、超音波振動
   子へ接続された請求項１に記載の超音波振動子駆動モー
   タ。
9. 【請求項９】 ロータリトランスのステータ側トランス
   は駆動モータのロータフレームの側面に構成されロータ
   側トランスと対向して、駆動軸側に取り付けられ、トラ
   ンスにはコイル溝と切欠き部があって、その切欠き部か
   らコイル溝のコイルを外周端面まで引き出し、超音波診
   断装置本体側へ接続されたことが特徴の請求項１に記載
   の超音波振動子駆動モータ。
10. 【請求項１０】 ロータリトランスのステータ側トラン
    スは駆動モータの駆動軸にブシュを介して固定され、こ
    のブシュの駆動軸嵌合部がブシュにトランスを固定した
    うえでトランス面を基準に組加工して得られた請求項７
    または請求項９記載の超音波振動子駆動モータ。
11. 【請求項１１】 ロータリトランスでｎチャンネル（ｎ
    ≧２、ｎは整数）の信号伝達を行うトランスに同心円状
    の凹形状溝を形成し、その溝にコイルを配置し、使用周
    波数の高い方を内側になるように構成されたことが特徴
    の請求項１記載の超音波振動子駆動モータ。
12. 【請求項１２】 超音波透過性を有する窓材からなるウ
    インドウケースを具備し、超音波振動子と上記超音波振
    動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウイ
    ンドウケース内に内包した超音波プローブを備えた超音
    波診断装置において、駆動モータは回転部材にロータフ
    レームと駆動マグネットとを具備し、固定部材に巻線と
    駆動軸とベースとを具備し、超音波振動子を前記ロータ
    フレームの外周部に取り付けて、前記駆動モータの駆動
    軸を中心に前記超音波振動子を回転させ、前記駆動モー
    タの回転部材は２つの軸受で回転支承され、前記軸受の
    間にコアと巻線が形成され、その２つの軸受の間のロー
    タリフレームに超音波振動子が形成され、さらにその２
    つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースが構成され、
    超音波プローブ先端部から超音波診断装置本体へのケー
    ブルの接続方向に直交するように前記駆動モータの駆動
    軸が超音波プローブのウインドウケース内に構成され、
    そのケーブルの軸方向に平行に超音波振動子の超音波ビ
    ームの軌跡面が構成され、回転側の超音波振動子との信
    号伝達手段としてロータリトランスを用いた超音波振動
    子駆動モータを備えたことを特徴とする超音波診断装
    置。