JP2007267817A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【目的】超音波媒質としての液体中の気泡の発生を防止し、超音波特性を良好にする超音波探触子を提供する。
【構成】圧電素子を密閉容器３内に収容して前記圧電素子の板面を二等分する中心線に対して左右に回転遥動するともに、前記密閉容器３には音響媒質としての液体９が充填された超音波探触子において、前記密閉容器３には前記液体９の注入孔とともに排気孔１３を設け、前記注入孔にはダイアフラムとして機能する柔軟性チューブ１５を接続し、前記柔軟性チューブ１５及び前記排気孔１３には封止蓋１１が設けられた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は機械走査（メカニカルスキャン）として密閉容器内に超音波媒質としての液体を充填した超音波探触子を技術分野とし、特に圧電素子群を短軸方向に回転遥動して立体画像を得る短軸遥動型の超音波探触子（以下、短軸遥動探触子とする）に関する。

（発明の背景）
短軸遥動探触子は圧電素子群を長軸方向に電子走査し、短軸方向に機械的に走査（遥動）して立体画像を得るものとして知られる（特許文献１〜３）。このことから、例えば圧電素子を縦横に配列して二次元方向に電子走査するマトリクス型等に比較し、例えば配線（結線）及び走査回路を容易にするので、現実化されている。

（従来技術の一例）第３図は一従来例を説明する短軸遥動探触子の図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。短軸遥動探触子は回転保持台１上に設けられた圧電素子群２を密閉容器３内に収容してなる。回転保持台１は水平部の両端側に脚部を有するコ字状とし、水平部上には圧電素子群２を設けて、一方の脚部の内側面には第１かさ歯車４ａが固定される。

圧電素子群２は多数の圧電素子２ａを長軸方向に配列してなり、ここでは回転保持台１の水平部上に設けられて曲面状とした基台５上のバッキング材５ａに固着される。これにより、超音波探触子を所謂コンベックス型とする。圧電素子群２の表面には、通常では、音響インピーダンスを生体（人体）に接近させて伝播効率を高める図示しない音響整合層が、さらには音響レンズ６が設けられる。

密閉容器３はいずれも凹状とした容器本体３ａとカバー３ｂとを図示しない嵌合構造によって接合される。容器本体３ａの一組の対向側壁には、回転保持台１（圧電素子群２）を短軸方向に回転遥動する回転中心軸７を有し、回転保持台１の両端側の脚部の軸受けに連結する。容器本体３ａの底壁にはモータ等の回転機構に連結して回転シャフト８が密閉貫通した第２かさ歯車４ｂが設けられ、第１かさ歯車４ａと歯合する。

密閉容器３内には超音波媒質としての液体、例えば生体に音響インピーダンスが接近して超音波の伝播損失が少ないオイル９を充填する。これにより、カバー３ｂの内周面と圧電素子群２（音響レンズ６）との間における超音波の伝播損失が少なく、生体との音響インピーダンスの整合を高める。したがって、超音波の伝播効率が高まる。なお、カバー３ｂの内周面と圧電素子群２の表面との間が空気の場合は、超音波の減衰が大きくて伝播効率が悪化し、超音波の送受波が望めない。

オイル９は例えば容器本体３ａの底面に設けられた注入孔１０から充填される。この場合、容器本体３の底面を上向きとし、オイル９は予め脱泡されて注入される。そして、例えば図示しないシールリング（Ｏリング）を注入孔１０に敷設して、凸状ネジによる封止蓋１１ａによって密閉される。

なお、モータ等の回転機構は裏面側の図示しない裏面カバーによって覆われ、裏面カバーからは診断装置と接続するケーブルが導出する。これらにより、第２かさ歯車４ｂの回転によって第１かさ歯車４ａが圧電素子群２の短軸方向に回転遥動し、これと一体化した回転保持台１（圧電素子群２）が短軸方向を二等分する中心線に対して左右に回転遥動する。
特公平７−３８８５１号公報 特開２００３−１７５０３３号公報 特願２００５−１７５７００ 特開２００５−３３４１０７（第３図、第５図）

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の短軸遥動探触子では、例えば特許文献４で指摘するように、密閉容器３内に充填されたオイル９が温度変化等によって膨張・収縮し、オイル漏れや気泡を発生する問題があった。この場合、超音波の減衰を大きくして超音波特性を著しく低下させる。

このことから、例えば注入孔１０に対して、これとは別個に密閉容器３に連通した膨張収縮部としてのダイアフラム１２を設け、さらにはこれに泡溜りを付加することが示されている。なお、特許文献４での泡溜りは開閉部を設けるとしているが、開閉部についての具体的な説明はないので、本発明ではダイアフラム１２を設けた場合を基本的に従来例とする。

しかし、このようなものでは、注入孔１０に対する排気孔１３がなくダイアフラム１２を設けるのみなので次の問題を生じる。すなわち、注入孔１０は排気孔１３を兼用し、注入孔１０と排気口が同一であってしかも径が小さい。このため、予め脱泡されたオイル９の充填時には、密閉容器３内の空気が混入して排出しきれず、気泡として残存する問題を生ずる。

例えばオイルの充填後に、真空とした脱泡装置によって気泡を除去し、さらにオイル９を注ぎ足せばよいが、この場合でも同様に気泡を生ずる。また、ダイアフラム１２の先端は注入孔１０よりも高い位置にあるので、オイル９の注入時にダイアフラム１２に生じた気泡の除去は困難になる。

これらのことから、注入孔１０に対してダイアフラム１２を設けただけでは、結果的に、オイルの充填時に生ずる気泡を除去して、オイルのみを充満させることが困難な問題があった。これらの問題は、圧電素子群（配列型）を対象とした短軸遥動探触子に限らず、例えば圧電素子を円形状として単板とし、これをメカニカルスキャンとする超音波探触子でも同様である。要は、密閉容器内に超音波媒質としての液体を充填する場合に問題となる。

（発明の目的）
本発明は超音波媒質としての液体中の気泡の発生を防止し、超音波特性を良好にする超音波探触子を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、圧電素子を密閉容器内に収容して前記圧電素子の板面を二等分する中心線に対して左右に回転遥動するともに、前記密閉容器には音響媒質としての液体が充填された超音波探触子において、前記密閉容器には前記液体の注入孔とともに排気孔を設け、前記注入孔にはダイアフラムとして機能する柔軟性チューブを接続し、前記柔軟性チューブ及び前記排気孔には封止蓋が設けられた構成とする。

このような構成であれば、注入孔に対して排気孔を設けたので、液体の注入時に密閉容器内の例えば空気が排気孔から排出されやすい。したがって、液体の注入時における気泡の発生（混入）を従来に比較して少なくできる。この場合、液体の充填後の例えば脱泡装置（真空引き）による気泡の除去を容易にする。

また、注入孔又は排気孔に接続した柔軟性チューブを例えばスポイト代わりとして、充満させた液体中の気泡を吸引して排出できる。したがって、密閉容器内に気泡を抑制した液体を充満させやすい。

さらに、柔軟性チューブはダイアフラムとして機能するので、液体の膨張・収縮に応じて内積が自在に変化する。これにより、液体を充填して排気孔に封止蓋が設けられた後は、液体の膨張・収縮があっても気泡の発生を抑制する。したがって、超音波特性を良好にする。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、前記排気孔にはダイアフラムとして機能する柔軟性チューブが接続して封止蓋が設けられる。これにより、特に液体の充満後には、柔軟性チューブの２個がダイアフラムとして機能するので、１個の場合よりも例えばオイルの膨張・収縮量に対する融通性が利く。

本発明の請求項３では、前記圧電素子は複数個が長軸方向に並べられて圧電素子群を形成し、前記中心線は前記圧電素子群の短軸方向を二等分する。これにより、短軸遥動探触子として、三次元データを得ることができてその超音波特性を良好にする。

第1図は本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の長軸方向の断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

短軸遥動探触子は、前述したように、長軸方向に並べられた圧電素子群２をコ字状とした回転保持台１の水平部上に設け、いずれも凹状とした容器本体３ａとカバー３ｂとからなる密閉容器３内に収容される。回転保持台１の両端側の脚部には軸受けを有し、容器本体３ａの側壁に設けられた長軸方向の回転中心軸７と結合する。

回転保持台１の一方の脚部に設けられた短軸方向に回転遥動する第１かさ歯車４ａは、密閉容器３の底壁を回転シャフト８が密閉貫通した第２かさ歯車４ｂと歯合する。これにより、回転保持台１（圧電素子群２）は、短軸方向を二等分する中心線に対して左右に回転遥動する。密閉容器３内には超音響媒質としての液体例えばオイル９が充填される。

そして、この実施形態では、容器本体３ａの底面に注入孔１０とともに排気孔１３を有する。注入孔１０には貫通孔を有する十字状のガイドネジ１４が設けられ、ネジの設けられた一端側（図の上方部）が注入孔１０の内周と螺合する。注入孔１０との間には例えば接着剤を介在させて密閉度を確実にする。

ガイドネジ１４の他端側（図の下方部）には、両端開放として耐薬製及び耐油性の強いシリコン樹脂からなる柔軟性チューブ１５が接続する。例えばガイドネジ１４の他端側が接着剤を介在させて柔軟性チューブ１５の一端側がに圧入される。あるいは圧入後に、柔軟性チューブ１５上からバンド等を設けて密閉する。

そして、柔軟性チューブ１５の他端側が例えば接着剤を用いた凸状の封止蓋１１ｂによって閉塞（密閉）される。排気孔１３には例えばシールリング（Ｏリング）を敷設して、凸状ネジによる封止蓋１１ａによって密閉する。

ここでは、柔軟性チューブ１５の一端側をガイドネジ１４に装着した後、排気孔１３の封止蓋１１ａを開栓した状態で、先ず、柔軟性チューブ１５の他端側から超音波媒質としてのオイル９を例えば７分目程度として注入する。この場合、オイル９は予め脱泡されて注入される。次に、オイル９の注入後に、例えば真空雰囲気とした脱泡装置内で注入時に生じた気泡を除去する。

次に、脱泡されたオイル９を柔軟性チューブ１５の他端から注ぎ足して、排気孔１３から溢れさせる。この状態で、シールリングを敷設して封止蓋１１をネジ止めする。次に、柔軟性チューブ１５を押圧解放して、残存した気泡を吸い込むとともに排出し、オイル９をさらに注ぎ足す。そして、オイルが満タンになるまで、これを繰り返す。最後に、これを放置して冷却した後、冷却による縮小分を追加してオイル９充満させ、柔軟性チューブ１５の他端側に封止蓋１１を設けて密閉する。

このような構成であれば、柔軟性チューブ１５の他端側からのオイル９の注入時には、排気孔１３から空気が流出するので、排気孔１３がない従来の場合に比較して、注入されたオイル９中に気泡が生じにくい。したがって、オイルの分量にもよるが、脱泡装置による気泡の除去を相対的に容易とする。

また、ダイアフラムとしての柔軟性チューブ１５を注入孔１０に接続するので、密閉容器３内にオイル９を充満させたとき、柔軟性チューブ１５をスポイト代わりとして、注入孔１０から気泡を取り出しやすい。したがって、気泡のないオイル９のみを充満させやすい。

さらに、柔軟性チューブ１５はダイアフラムとして機能するので、液体の膨張・収縮に応じて内積が自在に変化する。これにより、オイル９を充填して注入孔１０及び排気孔１３に封止蓋１１が設けられた後は、オイル９の膨張・収縮があっても気泡の発生を抑制する。これらのことから、本実施形態では、短軸遥動探触子の超音波特性を良好にできる。

（他の事項）
上記実施形態では注入孔１０のみに柔軟性チューブ１５を設けたが、第２図に示したように排気孔１３に設けてもよい。この場合、例えば排気孔１３の柔軟性チューブ１５を短くして、注入孔１０からの充填時にオイルを溢れさせやすくした方がよい。これらにより、特に密閉容器３にオイルを充満して封止蓋１１を設けた以降は、２個の柔軟性チューブ１５がダイアフラム１２として機能するので、例えばオイルの膨張・収縮量に対する融通性が利く。

また、短軸遥動探触子として説明したが、圧電素子群２を単板とした例えば円形状として、板面を二等分する中心線に対して左右に回転遥動する一般のメカニカルスキャンの場合でも同様に適用できる。

本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の長軸方向の断面図である。 本発明の他の実施形態を説明する短軸遥動探触子の長軸方向の断面図である。 従来例の短軸遥動探触子を説明する図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。

符号の説明

１ 回転保持台、２ 圧電素子群、３ 密閉容器、３ａ 容器本体、３ｂ カバー、４ａ 第１かさ歯車、４ｂ 第２かさ歯車、５ 基台、６ 音響レンズ、６ａ 脚部、６ｂ 突出部、７ 回転中心軸、８ 回転シャフト、９ オイル、１０ 注入孔、１１ 封止蓋、１２ ダイアフラム、１３ 排出孔、１４ ガイドネジ、１５ 柔軟性チューブ。

Claims (3)

1. 圧電素子を密閉容器内に収容して前記圧電素子の板面を二等分する中心線に対して左右に回転遥動するとともに、前記密閉容器には音響媒質としての液体が充填された超音波探触子において、前記密閉容器には前記液体の注入孔とともに排気孔を設け、前記注入孔にはダイアフラムとして機能する柔軟性チューブを接続し、前記柔軟性チューブ及び前記排気孔には封止蓋が設けられたことを特徴とする超音波探触子。
2. 前記排気孔にはダイアフラムとして機能する柔軟性チューブが接続して封止蓋が設けられた請求項１の超音波探触子。
3. 前記圧電素子は複数個が長軸方向に並べられて圧電素子群を形成し、前記中心線は前記圧電素子群の短軸方向を二等分する請求項１の超音波探触子。