JP2004344247A - Electric signal transmission mechanism and ultrasonic probe - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波診断装置および超音波検査、探索装置などに関し、特に安価な装置を実現する、振動子が回転または揺動する形式(高速回転式)のメカニカル走査型超音波探触子に関する。特に、この発明は、かかる超音波探触子において、回転部と非回転部との間で超音波送受信信号を伝達する機構に関わる。
【0002】
【従来の技術】
従来、高速回転式のメカニカル走査型探触子においては、回転する振動子と、振動子からの信号を解析する非回転部である装置本体との間の信号の伝達が問題となっている。回転する振動子と非回転部との間の信号伝達が十分に行われないと、信号解析に誤差が生じたりする。このような回転部と非回転部との間の超音波送受信信号の伝達方法は、スリップリングを用いた接触方式、ロータリートランスを用いた非接触方式の二つが主たるものであった。
【0003】
図8を用いて、従来のスリップリングを用いた方式による回転部と非回転部との間の超音波送受信信号の伝達機構について説明する。回転体7に取り付けられた超音波振動子に伝達された信号は、回転体7に連接された回転軸8に(電気的に絶縁して)取り付けられたスリップリング22、及び、スリップリング22と接触する板バネ等の接触部材21を介して、信号線30により探傷装置本体へと導かれる。この方法は、スリップリング22と接触部材21が摺動するので、その部分の耐久性や保守が必要という問題があった。また、スリップリング22と接触部材21との接触状態によっては、ノイズが発生し、検出精度が悪くなるという欠点がある。
【0004】
より詳しく述べると、スリップリング方式は、回転体7に取り付けられたスリップリング22に、線又は板バネ21が直接接触しているため、バネ力の精度(接触圧の微妙な調整)や耐久性(接触力が経時変化しないこと)が要求される。バネ力については、これが強過ぎると磨耗が激しくなるため板バネの寿命が短くなったり、切り屑が落ちたりしてノイズ発生や故障の原因となる恐れがある。また、これが柔らか過ぎた場合は接触不良を起こす恐れがある。このような問題がない、適切な性能を満足するものを作るには、材料の選択から弾性力や寿命などの検討が必要となり、コストも高くなっている。
【0005】
一方、図9を用いて、従来のロータリートランス方式による回転部と非回転部との間の超音波受信信号の伝達機構について説明する。回転体7又はその回転軸に取り付けられた回転部側コア31は、非回転部側のコイル32に極接近して設けられている。回転部側のコイル33に被検体からの超音波受信信号を加えることによって、非回転部側コア32に巻かれた回転側コイル34に超音波受信信号が伝達される。
【0006】
ロータリートランス方式は非接触式なので、スリップリング方式の欠点の一部を克服している。しかし、この方式によれば、信号の変換効率が悪く無視できない程度の損失が生じること、そのため高い周波数領域では実用的ではないなどの欠点が指摘されている。
【0007】
より具体的に述べると、ロータリートランス方式は、1次側の固定側コイル34に加えられた信号を効率良く2次側の回転側コイル33に伝達するには、固定側コア32と回転側コア31のギャップが極接近していなければならない。よって、組み立て、製作などにおいて高度の技術が要求される。また、コアの材料、特性、巻き方などの違いにより変換効率が異なってくるので、信号の伝達を効率良く行なうためには適切な部材の選択と精度の高い製作が必要となってくる。
【0008】
これらの従来技術に関する説明については、例えば、特許文献1を参照とのこと。また、これらの欠点を除去すべく、回転部と非回転部との対向部分を櫛葉のように複数設け、信号を伝達する各チャネルごとにコンデンサカップリングした例などを開示している例もある(例えば、特許文献2を参照とのこと)。
【特許文献1】
特開昭57−103048号公報
【特許文献2】
特開昭62−147359号公報
【0009】
総括すると、従来技術における超音波探触子にかかる回転部と非回転部との間の超音波受信信号の伝達機構については、接触式(スリップリング方式)と非接触式(ロータリトランス方式)が存在する。しかし、前者においては、摺動に伴い摩耗や接触力の経時変化等の問題があり、結果として、伝達の不良やコスト高を招いている。また、後者においては、固定側コアと回転側コアのギャップが極近接していることが条件となるので、その状態を維持するために加工コスト等が増大する等の問題点がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、従来技術におけるこれらの問題点を回避しつつ、超音波探触子において、回転部と非回転部との間の超音波送受信信号の伝達機構を提供することを目的とする。
【0011】
本願発明は、回転部と非回転部とを接触させつつ、かつ、スリップリング方式に見られたような摺動による摩耗を極力排除した、超音波探触子にかかる回転部と非回転部との間の超音波送受信信号の伝達機構を提供することを目的とする。
【0012】
本願発明は、複数の周波数を有する振動子間を、非回転側に位置するスイッチング手段によって適宜切り替えることが可能な、超音波探触子にかかる回転部と非回転部との間の超音波送受信信号の伝達機構を提供することを目的とする。
【0013】
本願発明は、摺動による摩耗を極力排除しつつ、小型化した機構で、超音波探触子にかかる回転部と非回転部との間の超音波送受信信号の伝達機構を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本願発明においては、超音波探触子において、回転部と非回転部との間で超音波送受信信号の伝達を行うに際し、回転部と非回転部との接触を摺動の少ない低摺動部を介して行うことを特徴とするものである。より具体的には、低摺動部における回転部と非回転部の接触として、回転軸の端面に設けられた信号取り出し用電極の中央近傍に、非回転側に接続された信号取り出し用接点を接触させることにより、または、回転軸の軸受けとして用いられるボールベアリングを介して回転部と非回転部とを接触させることによって、超音波送受信信号を回転部と非回転部との間で伝達する。
【0015】
また、本願発明は、上記の特徴を維持しつつ、回転部に非回転部から操作可能なスイッチング手段を設けることにより、複数の周波数を有する複数の振動子を時間的に切り替えることができる超音波送受信信号を伝達する機構を開示する。
【0016】
本願発明は、上記の特徴を維持しつつ、複数の周波数を有する複数の振動子のそれぞれに対応する独自の導電路を形成して、振動子のそれぞれから超音波送受信信号を独立に取り出すことにより、複数の周波数を有する複数の振動子を時間的に切り替えることができる超音波送受信信号を伝達する機構を開示する。
【0017】
本願発明は、上記の特徴を維持しつつ、モータを回転体の一部として配置し、かつ、供給電源を摺動の少ない低摺動部を介して行うことにより、小型化した超音波探触子を開示する。
【0018】
より具体的には、本願発明は、回転軸と、回転軸と接続され、回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する信号発生手段(例えば、超音波振動子)と、信号発生手段に電気的に接続されて回転軸の少なくとも一つの端面に設けられた端面電極機構と、回転軸の回転または揺動に応じない非回転部側に位置する別の電極機構(接点)であって、この電極機構の少なくとも一部が、回転軸断面の中心近傍にて、端面電極機構と接触して導通している可動部・非可動部間の電気信号伝達機構を提案するものである。
【0019】
また、本願発明は、回転軸と、回転軸と接続されて回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する信号発生手段(例えば、超音波振動子)と、信号発生手段に電気的に接続されて回転軸表面の少なくとも一部に設けられている電極機構と、回転軸の回転を支持し、回転軸表面に設けられた電極機構と接触導通するボールベアリング機構と、このボールベアリング機構と電気的に接続された別の電極機構とを具備する可動部・非可動部間の電気信号伝達機構を提案するものである。
【0020】
さらに、本願発明は、複数の信号発生手段(例えば、超音波振動子)を採用し、時間に応じ、かかる複数の信号発生手段を切り替えることによって、単純な切り替え操作によって複数の周波数を有する超音波振動子からの信号情報を取得することができる、電気信号伝達機構を開示する。より具体的には、かかる電気信号伝達機構は、回転軸と、この回転軸と接続されて回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する少なくとも二つの信号発生手段(例えば、超音波振動子)と、二つの信号発生手段のうちの一つの信号発生手段に電気的に接続され、回転軸の少なくとも一つの端面に設けられた端面電極機構と、回転軸の回転または揺動に応じない別の電極であって、この電極の少なくとも一部が回転軸断面の中心近傍において、端面電極機構と接触導通しており、別の電極に対し、前記一つの信号発生により発生した電気信号を供給するスイッチング機構を具備する可動部・非可動部間の電気信号伝達機構により実現可能である。
【0021】
さらに、本願発明は、複数の信号発生手段(例えば、超音波振動子)を採用し、時間に応じ、かかる複数の信号発生手段を切り替えることによって、単純な切り替え操作によって複数の周波数を有する超音波振動子からの信号情報を取得するために、回転軸と、この回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する少なくとも二つの信号発生手段(例えば、超音波振動子)と、少なくとも二つの信号発生手段のうちの特定の信号発生手段に電気的に接続されている回転軸表面の少なくとも一部に設けられた表面電極機構と、回転軸の回転を支持し、表面電極機構と接触導通するボールベアリング機構と、ボールベアリング機構と電気的に接続された別の電極と、この電極に対し特定の信号発生手段により発生した電気信号を供給するスイッチング機構を具備する可動部・非可動部間の電気信号伝達機構を開示する。
【0022】
本願発明にかかる電気信号伝達機構において、信号発生手段として超音波振動子を採用すれば超音波探触子を構成することができる。本願発明の射程範囲として、かかる超音波探触子を利用した超音波診断装置を含む。
【0023】
【作用】
本願発明にかかる超音波探触子の回転部と非回転部との間の超音波伝達機構は接触式であることを前提としているが、接触式の問題点である摺動を (i)伝達部位として、回転体端面の中心近傍を利用することによって極力抑えている。つまり、高速回転中も動かない回転体端面の中心近傍に、接点を設けることにより磨耗も劣化も少なく、接触を安定に保つことができる。
【0024】
また、本願発明は、接触式の問題点である摺動を (ii)伝達部位として、ボールベアリングを利用することによって極力抑えている。ボールベアリングは、摺動を前提とするものの、一般的に回転をスムーズに行うためにその材質を吟味され、潤滑油などとともに用いられているので、摺動部の寿命などの技術的実績や裏付けがある。また、ボールベアリングは多数個であるため、回転軸に対して常にどれかのボールベアリングが接触していることから接触の信頼性も安定している。
【0025】
【発明の実施の形態】
本願発明の第一の実施態様を図1、図2を用いて説明する。本実施態様は、回転軸の中心に超音波を回転部と非回転部との間で伝達する部位を設けている。
【0026】
図1は、本実施態様の正面図であり、図2は、本実施態様の側面図である。回転体7は、回転軸8に対して設けられており、回転体7は、その二方に振動子1とこれに接する音響吸収体2を具備する。回転軸8は、モータ50と接続されており、モータ50によって回転軸8が回転することにより、接続されている回転体7,振動子1,音響吸収体2が一体となって回転する。なお、図1では、振動子1は二つであるが、これは二つの周波数間で切り替え可能であることを示しており、一つでも、三つ以上でも構わない。
【0027】
振動子1を含む回転体7は、音響媒体を満たした密閉容器3に設置される。音響媒体としては、水やオイルなどであり、超音波を有効に伝搬する媒体であれば何でも構わない。また、回転体7を支持する回転軸8は、ボールベアリング5によってころがり接触をしつつ回転可能に配置されている。適宜な位置・態様で、回転軸8は防水性を保つべくパッキング6が配置されている。
【0028】
回転軸8の端面には、回転軸に対して絶縁されたプラス(+)電極40が設けられており、回転軸と一体となって回転している。また、回転軸8の端面の中心付近には、+信号を取り出すための接点4が接触している。接点4は、非回転部側にある。接点4の接触位置はプラス電極40との摺動を極力押さえるために、回転軸端面のほぼ中心に位置するが、中心からやや外れた箇所にあっても構わない。接触部分の一部が回転軸端面の中心または中心から半径方向に略2分の1までの半径距離部分(中心近傍)と接触していれば足りる。
【0029】
回転体7の回転軸8のもう一端には、カップリング9で連結されたモーター50の回転軸の他端面に設けられたマイナス(−)電極41が存在する。このマイナス電極41に対して、回転軸端面の中心と接触する−信号取出し用接点10が接触している。
【0030】
接点10も、接点4と同様に、非回転側に属し、回転体端面のほぼ中心に接触していれば足りる。より詳しくは、接点10の接触位置は、その摺動を極力押さえるために、回転軸端面のほぼ中心に位置するが、中心からやや外れた箇所にあっても構わない。接点10の接触部分の一部が回転軸断面の中心または中心から半径方向に略2分の1までの半径距離部分(中心近傍)と接触していれば足りる。
【0031】
振動子1において発生した超音波送受信信号は、+電極13と−電極15から適宜な接続態様によりプラス電極40とマイナス電極41に接続されており、これらの電極40、41は、上述したとおり、それぞれ非回転側に位置する接点4および接点10に電気的に接続されている。接点4および接点10は、図示しないリードを介して、診断装置等の機材と電気的に接続されている。このような機構によって、超音波にかかる振動子1によって送受信された超音波送受信信号は、回転軸8を介して、+信号取り出し用電極40及び−信号取り出し用電極41から、非回転側に位置する+信号取り出し用接点4及び−信号取り出し用接点10に伝達される。そして、+信号取り出し用接点4及び−信号取り出し用接点10は、回転軸端面のほぼ中央の位置で接触しているので、摺動による摩耗が有効に抑制できる。
【0032】
なお、本実施態様によれば、(+)電極、(−)電極ともに回転軸の端部に設けられ、それぞれの接点が中心近傍に接触しているが、これらの電極のいずれか一つの電極において同様の機構を採用しても本願発明の趣旨を実現することはできる。
【0033】
次に、図3を用いて第二の実施態様による超音波送受信信号を回転部と非回転部との間で伝達する機構を説明する。なお、図2と共通な要素については同一の付番を付し、改めて説明しない。
【0034】
第二の実施態様においては、超音波送受信信号は回転部と非回転部との間でベアリングを介して伝達される。ベアリングはもともと軸受け等における摺動部材として開発された素材を用いており、摺動に対する耐性が高いので、従来技術のように摩耗の問題が生じにくいほか、複数の鋼球からなるので、そのうちのいくつかはいつでも電気的に接触しており、接点としての安定性を確保することも可能である。
【0035】
本実施態様においても、回転体7は、回転軸8に対して設けられており、回転体7は、その二方に振動子1とこれに接する音響吸収体2を具備する。回転軸8は、モータ50と接続されており、モータ50によって回転軸8が回転することにより、接続されている回転体7,振動子1,音響吸収体2が一体となって回転する。なお、本実施態様においても、振動子1は一つでも、三つ以上でも構わない。
【0036】
振動子1を含む回転体7は、音響媒体を満たした密閉容器3に設置される。音響媒体としては、水やオイルなどであり、超音波を有効に伝搬する媒体であれば何でも構わない。また、回転体7を支持する回転軸8は、ボールベアリング107,109によってころがり接触をしつつ回転可能に配置されている。なお、本実施態様において、ボールベアリング107,109は単なる回転軸受けとして機械的な作用を担保するのみならず、後述するように、超音波送受信信号を回転部と非回転部との間で伝達するための電気的な経路を構成する。適宜な位置・態様で、回転軸8は防水性を保つべくパッキング6が配置されている。
【0037】
回転軸8の両端付近には、ボールベアリング107及び109が配置されている。振動子1において発生した超音波送受信信号は+電極13と−電極15から、適宜な電気接続によって回転軸8上に設けられた+電極14と−電極16とに尊通され、これらの電極14、16を介して、それぞれボールベアリング107(+側)とボールベアリング109(−側)に電気的に接続される。ボールベアリング107は、回転体固定器具11を介して、+信号取り出し用電極4に電気的に接続されている。本実施態様においては、回転体固定器具11を介して電気的な接続が果たされているが、本実施態様はこれに限定されるものではなく、ボールベアリング107を介して+信号取り出し用電極4に超音波送受信信号が直接伝達されることにより、回転部と非回転部との間で超音波送受信信号が伝達されてもよい。
【0038】
ボールベアリング109は、−信号取り出し用電極10に電気的に接続されている。本実施態様ではボールベアリング109は、−信号取り出し用電極10に直接接続されているが、他の部材等を介して電気的に接続されていても構わない。
【0039】
図4に回転軸8上に設けられた+電極14と−電極16近傍(一点鎖線枠部分)の拡大図を示す。本実施態様において、回転軸8は、例えば、中実棒101上に絶縁体層105が全面に施されており、その上に、さらに導電層103及び導電層104が互いに電気的に非接触の態様で設けられている。導電層103と導電層104には、それぞれ+電極14と−電極16が設けられている。+電極14と−電極16は、それぞれ導電層103と導電層104とを介して、+側のボールベアリング107と−側のボールベアリング109に接続されている。
【0040】
本実施態様においては、上記のとおりであるが、回転軸上に設けられた+電極14と−電極16とが電気的に非接触であればいかなる構造でも構わない。一つの変形例としては、絶縁性の素材を用いて中実棒101を構成し、中実棒101上に絶縁層を設けるのではなく、直接導電層103及び導電層104を設けるという態様でも構わない。
【0041】
非回転側に位置する接点4および接点10は、図示しないリードを介して、診断装置等の機材と電気的に接続されている。このような機構によって、超音波にかかる振動子1によって送受信された超音波送受信信号は、回転軸8上に形成された導電層103及び導電層104を介して、回転側に位置するボールベアリング107及びボールベアリング109から、非回転側に位置する+信号取り出し用電極4及び−信号取り出し用電極10に伝達される。
【0042】
本実施態様においては、超音波送受信信号は、回転側に位置し、摺動に対して耐性および導電性の高いボールベアリング107及びボールベアリング109から、非回転側に位置する+信号取り出し用電極4及び−信号取り出し用電極10に伝達されるので、摺動による摩耗を有効に抑制しつつ、回転側から非回転側に対して、超音波送受信信号を伝達することが可能である。
【0043】
第三の実施態様を図5を用いて説明する。本実施態様は、第二の実施態様の機構を用いつつ、二つ以上の異なる周波数を有する超音波振動子の出力信号を時間によって切り替え可能な機能を設けた。
【0044】
図5において、周波数の異なる複数個の振動子1と振動子111が設けられており、それぞれ、回転軸8に機械的に接続され、回転体7を構成する。なお、図5においては二つの振動子を用いた場合を想定しているが、本実施形態は三つ以上の振動子を用いた場合でも拡張して適用可能である。
【0045】
本実施態様においては、二つの振動子1,111を外部から操作者が適宜切換えられる機能を具備する。例えば、このような切り替え機能の一例として、回転体に取り付けられた電磁スイッチ112を非回転側に取りつけた探触子ケース114に取り付けられた電磁コイル113に通電することによって切り替える機構を採用してもよい。切り替え機能は、他の周知の機構を採用しても構わない。他の切り替え機構を採用した場合においても、スイッチングを司る部分であるスイッチング手段(図5で言えば電磁スイッチ112)は、回転体7の一部を構成し、振動子1等とともに回転する。他方、外部から操作者が操作する部分及び操作者の操作に基づいてスイッチング手段にスイッチング命令を行う手段は、非回転側に位置する。なお、本実施態様では、電磁スイッチを例にしたが、リードスイッチその他の周知な切り替え手段を用いても構わない。
【0046】
次に、第四の実施態様を図6を用いて説明する。本実施態様は、第一ないし第三の実施態様に開示された技術的思想を応用して、複数周波数を有する振動子間の出力信号を時間的に切り替えつつ、超音波送受信信号を検出することを担保する実施態様である。
【0047】
本実施態様においては、周波数f1を有する振動子1からの超音波送受信信号にかかる+端子13は、回転軸8の断面中央部近傍に接触する+信号取り出し用電極40と適宜な態様で接続されており、独自の第一通電路を形成している。+信号取り出し用電極40は、回転体8の端面の中心近傍に接触する+信号取り出し用接点4を介して、振動子1用の端子120と接続されており、振動子1用の出力端子122に電気的に接続されている。
【0048】
周波数f2を有する振動子111からの超音波送受信信号にかかる+端子113は、その表面が絶縁された回転軸8上に形成された導電層103を介して、ボールベアリング107に電気的に接続されている。ボールベアリング107は、独自の第二通電路(回転体固定器)を経て、振動子2用の出力端子124に電気的に接続されている。
【0049】
周波数f1を有する振動子1,周波数f2を有する振動子111にかかる+電位は、それぞれが相互に独立した通電路である第一通電路、第二通電路をへて、それぞれの専用の出力端子122,124に接続される。第一通電路、第二通電路の形成方法は、適宜絶縁体と導電層、または、回転体の固定器具等の導電性の外枠を利用すればよく、本実施態様に開示されているものに限定されない。
【0050】
振動子1と振動子111との−電位については、共通の伝導路によって電気的に接続されている。本実施態様においては、それぞれの振動子の−電位端子は、回転軸8上に形成された導電層104に接続されており、カップリング9を介して、−信号出力端子10に電気的に接続されている。
【0051】
本実施態様においては、複数の周波数を有する振動子(回転側)から独自の通電路を用いて非回転側に取り出された+電位について、非回転側に設置されたスイッチング手段130によって適宜切り替えて出力を行う。これにより、時間ごとに切り替えて複数の周波数を有する振動子からの超音波送受信信号を検出することができる。
【0052】
図7を用いて、第五の実施態様を説明する。本実施態様は、モータ90を密閉容器3の中に入れ、全体の小型化を図るものである。この場合、モータ90は、振動子を含む回転部(点線部)と固定部(実践部)から成る。
【0053】
【0054】
本実施態様において、振動子の+電極13および−電極15は、ボールベアリング107(+)及びボールベアリング109(−)、回転体固定器具11を介して、それぞれ+電位出力端子44及びモータ用の−電位出力端子45から供給される。振動子からの+電位出力端子44と−電位出力端子45との間には、絶縁体49が配置され、両電位が短絡しないようになっている。
【0055】
本実施態様によれば、モータ90を回転体7に組み込めるので、超音波探触子全体のサイズを小さくすることができる。
【0056】
本明細書においては、振動子が回転する実施態様で説明を行ったが、振動子が回転軸の周りを揺動する場合も本願発明を適用することができる。また、本明細書においては、超音波探触子にかかる信号伝達機構を前提として説明したが、本願発明は、回転軸と接続して構成された超音波送受信信号発生手段から、非回転部に位置する電極に超音波受信信号を伝達するためのあらゆる機構に応用可能であり、超音波探触子に限定されるものではない。
【0057】
なお、開示した実施態様にかかる超音波探触子を超音波診断装置に接続することによって、本願発明をかかる診断装置に応用可能である。本願発明にかかる超音波振動子は、超音波を用いた探傷装置等にも応用することができる。
【0058】
【発明の効果】
本願発明にかかる超音波探触子の回転部と非回転部との間の超音波伝達機構を採用すれば、伝達部位として、回転体の回転軸の中心近傍を利用しているので、接触式の伝達機構の問題点である摺動を極力抑えることができる。
【0059】
また、本願発明にかかる超音波探触子の回転部と非回転部との間の超音波伝達機構を採用すれば、伝達部位として、ボールベアリングを利用することができるので、接触式の伝達機構の問題点である摺動による磨耗や摩擦抵抗を極力抑えることができる。
【0060】
本願発明を複数の超音波振動子に適用すれば、時間に応じ、複数の超音波振動子を切り替えることによって、単純な切り替え操作によって複数の周波数を有する超音波振動子からの信号情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の第一の実施態様にかかる伝達機構の正面図
【図2】本願発明の第一の実施態様にかかる伝達機構の側面図
【図3】本願発明の第二の実施態様にかかる伝達機構の側面図
【図4】本願発明の第三の実施態様にかかる伝達機構の側面図
【図5】本願発明の第三の実施態様にかかる伝達機構の電極近傍詳細図
【図6】本願発明の第四の実施態様にかかる伝達機構の側面図
【図7】本願発明の第五の実施態様にかかる伝達機構の側面図
【図8】従来技術によるスリップリング式の伝達機構の概念図
【図9】従来技術によるロータリートランス式の伝達機構の概念図
【付番の説明】
1 振動子
2 音響吸収体
4 +信号取り出し用接点
5 ボールベアリング
7 回転体
8 回転軸
10 −信号取り出し用接点
40 +信号取り出し電極
41 −信号取り出し電極
50 モータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic inspection apparatus, a search apparatus, and the like, and particularly to a mechanical scanning ultrasonic probe of a type in which a vibrator rotates or swings (high-speed rotation type), which realizes an inexpensive apparatus. . In particular, the present invention relates to a mechanism for transmitting an ultrasonic transmission / reception signal between a rotating part and a non-rotating part in such an ultrasonic probe.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a mechanical scanning probe of a high-speed rotation type, transmission of a signal between a rotating vibrator and a device main body which is a non-rotating part for analyzing a signal from the vibrator has been a problem. If signal transmission between the rotating vibrator and the non-rotating part is not sufficiently performed, an error may occur in signal analysis. As a method of transmitting an ultrasonic transmission / reception signal between the rotating part and the non-rotating part, two main methods are a contact method using a slip ring and a non-contact method using a rotary transformer.
[0003]
With reference to FIG. 8, a transmission mechanism of an ultrasonic transmission / reception signal between a rotating part and a non-rotating part by a conventional method using a slip ring will be described. The signal transmitted to the ultrasonic vibrator attached to the rotating
[0004]
More specifically, in the slip ring method, since the wire or the
[0005]
On the other hand, a transmission mechanism of an ultrasonic reception signal between a rotating unit and a non-rotating unit using a conventional rotary transformer method will be described with reference to FIG. The rotating part-
[0006]
Since the rotary transformer method is a non-contact method, it overcomes some of the disadvantages of the slip ring method. However, according to this method, it is pointed out that the signal conversion efficiency is poor and a loss that cannot be ignored is caused, and therefore, it is not practical in a high frequency region.
[0007]
More specifically, in the rotary transformer system, a signal applied to the primary-side fixed
[0008]
For a description of these prior arts, see, for example,
[Patent Document 1]
JP-A-57-103048
[Patent Document 2]
JP-A-62-147359
[0009]
To summarize, regarding the transmission mechanism of the ultrasonic reception signal between the rotating part and the non-rotating part of the ultrasonic probe according to the prior art, a contact type (slip ring type) and a non-contact type (rotary transformer type) are used. Exists. However, in the former, there are problems such as abrasion and change in contact force with time due to sliding, and as a result, poor transmission and high cost are caused. In the latter case, the condition is that the gap between the fixed-side core and the rotation-side core is extremely close to each other. Therefore, there is a problem that the maintenance cost is increased in order to maintain the state.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a transmission mechanism for transmitting and receiving an ultrasonic transmission / reception signal between a rotating part and a non-rotating part in an ultrasonic probe while avoiding these problems in the related art.
[0011]
The invention of the present application is to make the rotating part and the non-rotating part contact the rotating part and the non-rotating part, and to eliminate as much as possible the abrasion due to sliding as seen in the slip ring method, The purpose of the present invention is to provide a transmission mechanism of an ultrasonic transmission / reception signal during the transmission.
[0012]
The present invention is directed to an ultrasonic transmission / reception unit between a rotating unit and a non-rotating unit of an ultrasonic probe, which can appropriately switch between transducers having a plurality of frequencies by a switching unit located on a non-rotating side. An object is to provide a signal transmission mechanism.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a transmission mechanism for transmitting and receiving an ultrasonic transmission / reception signal between a rotating part and a non-rotating part of an ultrasonic probe with a miniaturized mechanism while minimizing wear due to sliding. And
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in the ultrasonic probe, when transmitting an ultrasonic transmission / reception signal between the rotating part and the non-rotating part, the contact between the rotating part and the non-rotating part is reduced by a low sliding part with less sliding. This is performed through More specifically, as the contact between the rotating portion and the non-rotating portion in the low sliding portion, a signal extracting contact connected to the non-rotating side is provided near the center of the signal extracting electrode provided on the end face of the rotating shaft. The ultrasonic transmission / reception signal is transmitted between the rotating part and the non-rotating part by bringing the rotating part and the non-rotating part into contact with each other or by bringing the rotating part and the non-rotating part into contact via a ball bearing used as a bearing of the rotating shaft.
[0015]
In addition, the present invention provides an ultrasonic wave capable of temporally switching a plurality of transducers having a plurality of frequencies by providing a switching unit operable from a non-rotating unit in a rotating unit while maintaining the above characteristics. A mechanism for transmitting a transmission / reception signal is disclosed.
[0016]
The present invention maintains the above-described features, forms a unique conductive path corresponding to each of a plurality of transducers having a plurality of frequencies, and independently extracts ultrasonic transmission / reception signals from each of the transducers. A mechanism for transmitting an ultrasonic transmission / reception signal capable of temporally switching a plurality of transducers having a plurality of frequencies is disclosed.
[0017]
The present invention provides a miniaturized ultrasonic probe by arranging a motor as a part of a rotating body and performing power supply through a low-sliding portion with little sliding while maintaining the above-described features. Disclose the child.
[0018]
More specifically, the present invention relates to a rotating shaft, a signal generating means (for example, an ultrasonic vibrator) connected to the rotating shaft and generating an electric signal in response to rotation or swing of the rotating shaft, An end face electrode mechanism electrically connected to the means and provided on at least one end face of the rotating shaft, and another electrode mechanism (contact point) located on the non-rotating portion side which does not respond to rotation or swing of the rotating shaft. The present invention proposes an electric signal transmission mechanism between a movable part and a non-movable part, at least a part of which is in contact with the end face electrode mechanism and is in conduction near the center of the rotation shaft cross section.
[0019]
Further, the present invention provides a rotating shaft, a signal generating means (for example, an ultrasonic vibrator) connected to the rotating shaft and generating an electric signal in response to rotation or swing of the rotating shaft, An electrode mechanism connected to at least a part of the surface of the rotating shaft, a ball bearing mechanism that supports rotation of the rotating shaft and is in contact with and conductive to an electrode mechanism provided on the surface of the rotating shaft; and a ball bearing mechanism. The present invention proposes an electric signal transmission mechanism between a movable portion and a non-movable portion, the mechanism including an electrode mechanism electrically connected to a movable portion and a non-movable portion.
[0020]
Further, the present invention employs a plurality of signal generating means (for example, an ultrasonic transducer), and switches between the plurality of signal generating means according to time, thereby providing an ultrasonic wave having a plurality of frequencies by a simple switching operation. An electric signal transmission mechanism capable of acquiring signal information from a vibrator is disclosed. More specifically, such an electric signal transmission mechanism includes a rotating shaft and at least two signal generating means (for example, an ultrasonic wave) connected to the rotating shaft and generating an electric signal in accordance with rotation or swing of the rotating shaft. A vibrator), an end face electrode mechanism electrically connected to one of the two signal generating means and provided on at least one end face of the rotating shaft, and responding to rotation or swing of the rotating shaft. There is no other electrode, at least a part of this electrode is in contact with the end face electrode mechanism in the vicinity of the center of the cross section of the rotating shaft, and an electric signal generated by the one signal generation is transmitted to another electrode. This can be realized by an electric signal transmission mechanism between a movable part and a non-movable part having a switching mechanism for supplying.
[0021]
Further, the present invention employs a plurality of signal generating means (for example, an ultrasonic transducer), and switches between the plurality of signal generating means according to time, thereby providing an ultrasonic wave having a plurality of frequencies by a simple switching operation. In order to acquire signal information from the vibrator, at least two signal generating means (for example, an ultrasonic vibrator) for generating an electric signal in accordance with the rotation or swing of the rotary shaft; A surface electrode mechanism provided on at least a part of a rotating shaft surface electrically connected to a specific signal generating means of the two signal generating means; and supporting rotation of the rotating shaft, and contacting with the surface electrode mechanism. Ball bearing mechanism, another electrode electrically connected to the ball bearing mechanism, and a switch for supplying an electrical signal generated by specific signal generating means to the electrode. It discloses an electrical signaling mechanism between the movable portion and the unmovable portion having a quenching mechanism.
[0022]
In the electric signal transmission mechanism according to the present invention, if an ultrasonic transducer is employed as the signal generating means, an ultrasonic probe can be configured. The range of the present invention includes an ultrasonic diagnostic apparatus using such an ultrasonic probe.
[0023]
[Action]
The ultrasonic transmission mechanism between the rotating part and the non-rotating part of the ultrasonic probe according to the present invention is based on the premise that it is a contact type. By using the vicinity of the center of the end surface of the rotating body as a part, the amount is suppressed as much as possible. That is, by providing the contact near the center of the end surface of the rotating body that does not move even during high-speed rotation, wear and deterioration are small, and the contact can be kept stable.
[0024]
In addition, in the present invention, the sliding which is a problem of the contact type is suppressed as much as possible by using a ball bearing as (ii) a transmitting portion. Although ball bearings are premised on sliding, their materials are generally examined for smooth rotation and used together with lubricating oil. There is. Further, since there are many ball bearings, any one of the ball bearings is always in contact with the rotating shaft, so that the reliability of the contact is stable.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a portion for transmitting ultrasonic waves between the rotating portion and the non-rotating portion is provided at the center of the rotating shaft.
[0026]
FIG. 1 is a front view of the present embodiment, and FIG. 2 is a side view of the present embodiment. The
[0027]
The
[0028]
A positive (+)
[0029]
At the other end of the
[0030]
Like the
[0031]
The ultrasonic transmission / reception signal generated in the
[0032]
According to this embodiment, both the (+) electrode and the (-) electrode are provided at the end of the rotating shaft, and the respective contacts are in contact with the vicinity of the center. However, even if a similar mechanism is adopted, the gist of the present invention can be realized.
[0033]
Next, a mechanism for transmitting an ultrasonic transmission / reception signal between a rotating unit and a non-rotating unit according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Elements common to those in FIG. 2 are assigned the same reference numerals and will not be described again.
[0034]
In the second embodiment, the ultrasonic transmission / reception signal is transmitted between the rotating part and the non-rotating part via a bearing. The bearing is made of a material originally developed as a sliding member for bearings, etc., and has high resistance to sliding, so it is unlikely to suffer from abrasion problems as in the prior art. Some are always in electrical contact, and it is possible to ensure stability as a contact.
[0035]
Also in this embodiment, the
[0036]
The
[0037]
[0038]
The
[0039]
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the +
[0040]
In the present embodiment, as described above, any structure may be used as long as the
[0041]
The
[0042]
In the present embodiment, the ultrasonic transmission / reception signal is located on the rotating side, and the +
[0043]
A third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a function capable of switching output signals of ultrasonic transducers having two or more different frequencies with time is provided while using the mechanism of the second embodiment.
[0044]
In FIG. 5, a plurality of
[0045]
The present embodiment has a function in which the operator can appropriately switch the two
[0046]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment applies the technical idea disclosed in the first to third embodiments, and detects an ultrasonic transmission / reception signal while temporally switching output signals between transducers having a plurality of frequencies. This is an embodiment for ensuring the following.
[0047]
In the present embodiment, the +
[0048]
A
[0049]
The + potential applied to the
[0050]
The negative potential of the
[0051]
In the present embodiment, the + potential extracted from the vibrator (rotating side) having a plurality of frequencies to the non-rotating side by using a unique conduction path is appropriately switched by the switching means 130 provided on the non-rotating side. Output. Thereby, it is possible to detect the ultrasonic transmission / reception signal from the transducer having a plurality of frequencies by switching every time.
[0052]
The fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the
[0053]
[0054]
In the present embodiment, the
[0055]
According to this embodiment, since the
[0056]
In the present specification, the embodiment in which the vibrator rotates is described. However, the present invention can be applied to a case where the vibrator swings around a rotation axis. Further, in the present specification, the description has been made on the assumption that the signal transmission mechanism according to the ultrasonic probe is used. The present invention is applicable to any mechanism for transmitting an ultrasonic reception signal to a located electrode, and is not limited to an ultrasonic probe.
[0057]
In addition, by connecting the ultrasonic probe according to the disclosed embodiment to an ultrasonic diagnostic apparatus, the present invention can be applied to the diagnostic apparatus. The ultrasonic transducer according to the present invention can be applied to a flaw detector using ultrasonic waves.
[0058]
【The invention's effect】
If the ultrasonic transmission mechanism between the rotating part and the non-rotating part of the ultrasonic probe according to the present invention is adopted, since the vicinity of the center of the rotating shaft of the rotating body is used as the transmitting part, the contact type is used. , Which is a problem of the transmission mechanism, can be suppressed as much as possible.
[0059]
Further, if the ultrasonic transmission mechanism between the rotating part and the non-rotating part of the ultrasonic probe according to the present invention is adopted, a ball bearing can be used as a transmission part, so that a contact transmission mechanism is used. Wear and frictional resistance due to sliding, which are problems of the above, can be suppressed as much as possible.
[0060]
If the present invention is applied to a plurality of ultrasonic transducers, by switching the plurality of ultrasonic transducers according to time, signal information from the ultrasonic transducers having a plurality of frequencies is obtained by a simple switching operation. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a transmission mechanism according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the transmission mechanism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side view of a transmission mechanism according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view of a transmission mechanism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a detailed view of the vicinity of an electrode of a transmission mechanism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view of a transmission mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view of a transmission mechanism according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram of a slip ring type transmission mechanism according to the related art.
FIG. 9 is a conceptual diagram of a rotary transformer type transmission mechanism according to the related art.
[Description of numbering]
1 vibrator
2 Sound absorber
4 + contact for signal extraction
5 Ball bearing
7 Rotating body
8 Rotation axis
10-Signal extraction contact
40 + signal extraction electrode
41-Signal extraction electrode
50 motor
Claims (6)
前記回転軸と接続され、前記回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する信号発生手段と、
前記信号発生手段に電気的に接続され、前記回転軸の少なくとも一つの端面に設けられた第一の電極と、
前記回転軸の回転または揺動に応じない第二の電極であって、前記第二の電極の少なくとも一部は、前記回転軸断面の中心近傍にて、前記第一の電極と接触導通する第二の電極と、
を具備する可動部・非可動部間の電気信号伝達機構。A rotation axis,
A signal generation unit connected to the rotation shaft and generating an electric signal according to rotation or swing of the rotation shaft;
A first electrode electrically connected to the signal generating means and provided on at least one end face of the rotating shaft;
A second electrode that does not respond to rotation or swing of the rotation shaft, at least a portion of the second electrode is in contact with the first electrode in the vicinity of the center of the rotation shaft cross section. Two electrodes,
An electric signal transmission mechanism between a movable part and a non-movable part, comprising:
前記回転軸と接続され、前記回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する信号発生手段と、
前記信号発生手段に電気的に接続され、前記回転軸表面の少なくとも一部に設けられた第一の電極と、
前記回転軸の回転を支持し、前記第一の電極と接触導通するボールベアリング機構と、
前記ボールベアリング機構と電気的に接続された第二の電極と、
を具備する可動部・非可動部間の電気信号伝達機構。A rotation axis,
A signal generation unit connected to the rotation shaft and generating an electric signal according to rotation or swing of the rotation shaft;
A first electrode electrically connected to the signal generating means and provided on at least a part of the rotation shaft surface;
A ball bearing mechanism that supports the rotation of the rotating shaft and makes contact and conduct with the first electrode,
A second electrode electrically connected to the ball bearing mechanism;
An electric signal transmission mechanism between a movable part and a non-movable part, comprising:
前記回転軸と接続され、前記回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する少なくとも二つの信号発生手段と、
前記二つの信号発生手段のうちの一つの信号発生手段に電気的に接続され、前記回転軸の少なくとも一つの端面に設けられた第一の電極と、
前記回転軸の回転または揺動に応じない第二の電極であって、前記第二の電極の少なくとも一部は、前記回転軸断面の中心近傍にて、前記第一の電極と接触導通する第二の電極と、
前記第二の電極に対し、前記一つの信号発生手段により発生した電気信号を供給するスイッチング手段と
を具備する可動部・非可動部間の電気信号伝達機構。A rotation axis,
At least two signal generating means connected to the rotating shaft and generating an electric signal in response to rotation or swing of the rotating shaft,
A first electrode electrically connected to one of the two signal generating means and provided on at least one end face of the rotating shaft;
A second electrode that does not respond to rotation or swing of the rotation shaft, at least a portion of the second electrode is in contact with the first electrode in the vicinity of the center of the rotation shaft cross section. Two electrodes,
A switching means for supplying an electric signal generated by the one signal generating means to the second electrode; and an electric signal transmission mechanism between the movable part and the non-movable part.
前記回転軸と接続され、前記回転軸の回転または揺動に応じて電気信号を発生する少なくとも二つの信号発生手段と、
前記少なくとも二つの信号発生手段のうち、一つの信号発生手段に電気的に接続され、前記回転軸表面の少なくとも一部に設けられた第一の電極と、
前記回転軸の回転を支持し、前記第一の電極と接触導通するボールベアリング機構と、
前記ボールベアリング機構と電気的に接続された第二の電極と、
前記第二の電極に対し、前記一つの信号発生手段により発生した電気信号を供給するスイッチング手段と
を具備する可動部・非可動部間の電気信号伝達機構。A rotation axis,
At least two signal generating means connected to the rotating shaft and generating an electric signal in response to rotation or swing of the rotating shaft,
Of the at least two signal generating means, the first electrode is electrically connected to one signal generating means, and provided on at least a part of the rotating shaft surface,
A ball bearing mechanism that supports the rotation of the rotating shaft and makes contact and conduct with the first electrode,
A second electrode electrically connected to the ball bearing mechanism;
A switching means for supplying an electric signal generated by the one signal generating means to the second electrode; and an electric signal transmission mechanism between the movable part and the non-movable part.
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JP2003142345A JP2004344247A (en) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | Electric signal transmission mechanism and ultrasonic probe |
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---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009231290A (en) * | 2008-03-22 | 2009-10-08 | Illinois Tool Works Inc <Itw> | Rotation contact connector for electric cable |
WO2012141279A1 (en) * | 2011-04-15 | 2012-10-18 | 新日本製鐵株式會社 | Rotary transformer for rotary ultrasonic flaw detection device and rotary ultrasonic flaw detection device using same |
-
2003
- 2003-05-20 JP JP2003142345A patent/JP2004344247A/en active Pending
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---|---|---|---|
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