JP2010240492A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】伝動部材の全長が変動するのを抑制し、安定した揺動を行うことができる超音波探触子を提供すること。
【解決手段】超音波を送受信する複数の超音波振動子を内蔵した振動子体１３と、振動子体１３に取付けられるとともに、支持体に揺動自在に支持された揺動軸１４と、揺動軸１４に取付けられた第１のプーリ１５と、駆動モータ１７の出力軸１７ａに取付けられた第２のプーリ１８と、第１のプーリ１５および第２のプーリ１８に架け渡された可撓性のベルト２０とを有し、出力軸１７ａの揺動中心および第２のプーリ１８に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心を調整ねじ３１によって調整するようにしている。
【選択図】図６

Description

本発明は、超音波探触子に関し、例えば、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子に関する。

超音波の送受信面がコンベックス形状（凸形状）をなすように配列された複数の超音波振動子によって、これらの超音波振動子の配列方向（電子走査方向）に行われる電子走査と、この電子走査方向と直交する方向に移動または揺動させる機械走査とによって、複数の断層画像の取得や立体画像の構築を行うことができる医療用の超音波診断装置に使用される超音波探触子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来の超音波探触子を図７、図８に基づいて説明する。図７は超音波探触子の主要部を示す斜視図であり、図８は伝達部材が架け渡されている面の断面図である。

図７、図８において、超音波振動子アセンブリ１は、超音波の送受信側２ａがコンベックス形状をなすように配列された図示しない複数の超音波振動子が内蔵された振動子体２と、振動子体２の内周面にこの振動子体２と一体的に設けられ、図示しない支持体に揺動自在に支持された揺動軸３とを備えている。

揺動軸３には第１のプーリ４が挿入されており、この第１のプーリ４は締結ねじ５によって揺動軸３に固定されている。また、駆動源である駆動モータ６の出力軸６ａには第２のプーリ７が挿入されており、この第２のプーリ７は締結ねじ８によって出力軸６ａに固定されている。
また、第１のプーリ４と第２のプーリ７には可撓性ベルト９が架け渡されており、この可撓性ベルト９は適切な張力で第１のプーリ４および第２のプーリ７に摺接している。

このような構成を有する超音波探触子は、駆動モータ６を正逆回動駆動することにより、第２のプーリ７、可撓性ベルト９および第１のプーリ４の順に動力が伝達され、超音波振動子アセンブリ１が揺動軸３を中心に一方向および他方向に揺動する。

したがって、超音波振動子アセンブリ１を構成する複数の超音波振動子に対する電子走査と、揺動軸３を中心とする超音波振動子アセンブリ１の揺動による機械走査とによって、被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することができる。

特公平７−３８８５１号公報（第３頁左欄の最下行から同頁右欄第３９行、第１図（Ａ）（Ｂ））

しかしながら、このような従来の超音波探触子にあっては、第１のプーリ４および第２のプーリ７に架け渡された可撓性ベルト９の曲率中心と揺動中心の偏心により、超音波振動子アセンブリ１の揺動中に可撓性ベルト９の全長が変動してしまい、可撓性ベルト９の張力の変動が発生して負荷トルクが変動したり、可撓性ベルト９と第１のプーリ４および第２のプーリ７との間に滑りが発生してしまった。このため、通常の駆動制御では超音波振動子アセンブリ１の揺動動作が不安定となってしまい、上述した不具合を解消するための複雑な駆動制御を行わなければならないという問題があった。

図８は、可撓性ベルト９の全長が揺動によって変動する状態を模式的に示した断面図である。図８において、プーリ比を１にして第１のプーリ４と第２のプーリ７で可撓性ベルト９の円周方向の移動量を同じ量にしているが、揺動軸３の揺動中心と第１のプーリ４に架け渡された可撓性ベルト９の曲率中心の偏心と、駆動モータ６の出力軸６ａの揺動中心と第２のプーリ７に架け渡された可撓性ベルト９の曲率中心の偏心とが、可撓性ベルト９を含む面内において同一方向でないため、すなわち、図８に示すように反対方向であるため、可撓性ベルト９の全長が変動していることを示している。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、伝動部材の全長が変動するのを抑制し、安定した揺動を行うことができる超音波探触子を提供することを目的とする。

本発明の超音波探触子は、支持体と、超音波を送受信する複数の超音波振動子を内蔵した振動子体と、前記振動子体に取付けられるとともに、前記支持体に揺動自在に支持された揺動軸と、前記揺動軸に取付けられた第１のプーリと、出力軸を有する駆動源と、前記駆動源の出力軸に取付けられた第２のプーリと、前記第１のプーリおよび前記第２のプーリに架け渡された可撓性の伝動部材とを有する超音波探触子において、前記揺動軸の揺動中心および前記第１のプーリに架け渡された前記伝動部材の曲率中心の偏心と、前記駆動源の出力軸の揺動中心および前記第２のプーリに架け渡された前記伝達部材の曲率中心の偏心とのうち、少なくとも何れか一方の偏心を調整可能にしたものから構成されている。

この構成により、第１のプーリおよび第２のプーリに架け渡された伝動部材の曲率中心と揺動軸および出力軸の揺動中心の偏心を調整することができるので、振動子体の揺動中に伝動部材の全長が変動するのを抑制することができ、伝動部材の張力の変動が発生して負荷トルクが変動したり、伝動部材と第１のプーリおよび第２のプーリとの間に滑りが発生してしまうのを防止することができる。この結果、振動子体を通常の駆動制御で安定して揺動させることができる。

また、本発明の超音波探触子の前記第１のプーリあるいは前記第２のプーリの少なくとも何れか一方は、その上方側から前記出力軸と当接するように螺合した調整ねじを備え、前記調整ねじにより前記第１のプーリあるいは前記第２のプーリの少なくとも何れか一方へのねじ込み高さを調整することで、偏心を調整するものであってもよい。

また、本発明の超音波探触子の前記駆動源は、前記駆動源の負荷トルクを測定するトルク測定手段を設けたものであってもよい。

また、本発明の超音波探触子の前記駆動源は、前記第１のプーリおよび第２のプーリの振れ量を測定する振れ量測定手段を設けたものであってもよい。

また、本発明の超音波探触子の前記振動子体はコンベックス形状を有し、前記超音波振動子は、超音波の送受信面が前記振動子体のコンベックス先端面に位置するように前記振動子体の曲面長手方向に沿って配列されたものから構成されている。

この構成により、超音波を放射状に送受信することができるので、狭い所から広い範囲に亘って被検体内の良好な画像を得ることができる。

以上説明したように、本発明は、伝動部材の全長が変動するのを抑制し、安定した揺動を行うことができる超音波探触子を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の外観斜視図 本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の断面図 本発明の第１の実施の形態における超音波振動子アセンブリが揺動の中央基準面から揺動されてその位置を変えた状態を示す断面図 本発明の第１の実施の形態における他の形状の超音波探触子の断面図 本発明の第２の実施の形態における超音波探触子の外観斜視図 本発明の第２の実施の形態における超音波探触子の断面図 従来の超音波探触子の外観斜視図 従来の超音波探触子の断面図

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。
図１乃至図４は本発明に係る超音波探触子の第１の実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。図１において、超音波探触子１１は、超音波振動子アセンブリ１２を備えており、この超音波振動子アセンブリ１２は振動子体１３およびこの振動子体１３の内周面に設けられた揺動軸１４から構成されている。

振動子体１３はコンベックス形状をしており、この振動子体１３には図示しない超音波振動子が内蔵されている。この超音波振動子は超音波の送受信面が振動子体１３のコンベックス先端面、すなわち、凸状の送受信面１３ａ側に位置するように振動子体１３の曲面長手方向に沿って配列されている。

また、振動子体１３には超音波の焦点を機械的に定めるレンズ、超音波を送受信する方向に対してその背面へ超音波が伝達することを抑える背面緩衝材、音響インピーダンスを整合する整合層、超音波振動子に電気信号を送受信するための接続部が内蔵されており、超音波振動子と共にこれらの部材が一体的に組立てられている。

揺動軸１４はコンベックス形状を有する振動子体１３の弦に相当する曲面長手方向両端部の内周部に一体的に結合されており、この揺動軸は図示しない支持体に揺動自在に支持されている。また、揺動軸１４には第１のプーリ１５が挿入されており、この第１のプーリ１５は締結ねじ１６によって上方から揺動軸１４に固定されている。

第１のプーリ１５の下方には駆動源としての駆動モータ１７が設けられており、この駆動モータ１７の出力軸１７ａには第２のプーリ１８が挿入され、この第２のプーリ１８は締結ねじ１９によって上方から出力軸１７ａに固定されている。

ここで、第１のプーリ１５と第２のプーリ１８は、揺動軸１４に直交する方向で同一面内に位置し、第１のプーリ１５と第２のプーリ１８の伝達比は略１となるようなプーリ径に設定されている。

第１のプーリ１５と第２のプーリ１８には伝動部材としての可撓性のベルト２０が架け渡されており、このベルト２０は適切な張力で第１のプーリ１５および第２のプーリ１８に摺接している。なお、伝動部材としてはベルト２０に限らず、ワイヤー等を用いても良い。

このような構成を有する超音波探触子１１は、駆動モータ１７を正逆回動駆動することにより、第２のプーリ１８、ベルト２０および第１のプーリ１５の順に動力が伝達され、超音波振動子アセンブリ１２が揺動軸１４を中心に一方向および他方向に揺動する。

したがって、超音波振動子アセンブリ１２を構成する複数の超音波振動子に対する電子走査と、揺動軸１４を中心とする超音波振動子アセンブリ１２の揺動による機械走査とによって、被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することができる。

図２は第１のプーリ１５と第２のプーリ１８と締結ねじ１６、１９が配置された面内における断面図である。
第１のプーリ１５および第２のプーリ１８は、締結ねじ１６、１９によって上方から揺動軸１４および出力軸１７ａにそれぞれ固定されているため、第１のプーリ１５と揺動軸１４および第２のプーリ１８と出力軸１７ａの間に発生する隙間は上側となり、第１のプーリ１５と揺動軸１４および第２のプーリ１８と出力軸１７ａは下側で接することになる。

この締結方法とプーリ比が略１であることによって、駆動モータ１７が動作して第１のプーリ１５および第２のプーリ１８が回動しても、第１のプーリ１５と揺動軸１４および第２のプーリ１８と出力軸１７ａに発生する隙間は、同一の方向となる。図３は超音波振動子アセンブリ１２が９０度ＣＣＷ方向に揺動したときの断面図を示すものである。

本実施の形態では、ベルト２０は第１のプーリ１５および第２のプーリ１８に接触した状態を保ち、第１のプーリ１５および第２のプーリ１８の内径と外径の同心度を所望の値以下で作成し、駆動モータ１７の振れ量を所望の値以下で作成することにより、揺動軸１４の揺動中心および第１のプーリ１５に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心と、出力軸１７ａの揺動中心および第２のプーリ１８に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心とを、ベルト２０を含む面内において同一方向になるようにしている。

したがって、本実施の形態では、ベルト２０の全長の変動は、第１のプーリ１５の偏心と第２のプーリ１８の偏心でキャンセルする方向となる。このように第１のプーリ１５と第２のプーリ１８に架け渡された状態でのベルト２０の全長は振動子体１３の揺動中に略同じ長さを保つことができるため、ベルト２０の張力の変動を低減することができ、駆動モータ１７に加わる負荷を安定することができる。

さらに、ベルト２０の全長の変化により発生する第１のプーリ１５および第２のプーリ１８とベルト２０間の滑りも低減することができる。この結果、超音波振動子アセンブリ１２を通常の駆動制御で安定して揺動させることができる。

また、本実施の形態では、超音波の送受信面１３ａがコンベックス形状をなすように超音波振動子体が振動子体１３に配列されるので、超音波を放射状に送受信することができ、狭い所から広い範囲に亘って被検体内の良好な画像を得ることができる。

なお、偏心方向は第１のプーリ１５および第２のプーリ１８で同一方向であれば、上方向に限らず任意の方向で良い。また、図４に示すようにワイヤー４０に中間プーリ２１を介在させることにより、ワイヤー４０を中間で屈曲させた場合であっても、揺動軸１４の揺動中心および第１のプーリ１５に架け渡されたワイヤー４０の曲率中心の偏心と、出力軸１７ａの揺動中心および第２のプーリ１８に架け渡されたワイヤー４０の曲率中心の偏心とを、ワイヤー４０を含む展開面内において同一方向になるようにすれば、同様の効果を得ることができる。

図５、図６は本発明に係る超音波探触子の一実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同様の構成には同一番号を付して説明を省略する。
図５、図６において、第１のプーリ１５には上方から締結ねじ１６が螺合されており、この締結ねじ１６によって第１のプーリ１５が揺動軸１４に締結されている。

また、駆動モータ１７の出力軸１７ａは円筒の一部が直線状に構成された直線部１７ｂが形成されており、出力軸１７ａに挿入された第２のプーリ１８には調整ねじ３１が組み込まれている。

この調整ねじ３１は直線部１７ｂに当接しており、この調整ねじ３１によって第２のプーリ１８へのねじ込み高さを調整することで第２のプーリ１８と出力軸１７ａの偏心量を決定することができる。

また、第２のプーリ１８には調整ねじ３１と対向した下方側から締結ねじ１９が螺合されており、この締結ねじ１９によって第２のプーリ１８が出力軸１７ａに締結されている。

また、駆動モータ１７にはトルク測定手段としてのトルク測定器３２が設けられており、このトルク測定器３２は駆動モータ１７の負荷トルクを測定するようになっている。そして、このトルク測定器３２で駆動モータ１７の負荷トルクを測定し、揺動位置により駆動モータ１７のトルクの変動が大きい場合には、締結ねじ１９を緩めて調整ねじ３１で第２のプーリ１８と出力軸１７ａの偏心を調整し、再び負荷トルクを測定する。

この作業を繰り返して負荷トルクの調整を行い、トルクの変動が最も小さくなった時点で、締結ねじ１９と調整ねじ３１を接着剤等により固定する。このトルクの変動が最も小さくなった時点が、揺動軸１４の揺動中心と第１のプーリ１５に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心と、出力軸１７ａの揺動中心と第２のプーリ１８に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心とが略同一になった時点である。

本実施の形態では、第２のプーリ１８と出力軸１７ａの偏心を調整ねじ３１によって調整することにより、例えば第１のプーリ１５および第２のプーリ１８の内径と外径の同心度がずれていたり、第１のプーリ１５および第２のプーリ１８と揺動軸１４および出力軸１７ａとの隙間量が異なっていても、第２のプーリ１８を調整するための負荷トルクを監視し、第２のプーリ１８と出力軸１７ａの偏心量を調整することによってプーリ比を１にすることなしに全ての誤差要因を含めた上で偏心を調整することができる。

以上のように、本実施の形態では、出力軸１７ａの揺動中心および第２のプーリ１８に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心を調整ねじ３１によって調整するようにしたので、第１のプーリ１５、第２のプーリ１８、揺動軸１４あるいは出力軸１７ａの加工精度によるばらつき等の誤差要因やプーリ比に依存する変動も含めた上で偏心を調整することができる。このため、適用範囲が広く、部品精度に依存しない安定した揺動動作を行うことができる。

なお、本実施の形態の調整ねじ３１は出力軸１７ａの揺動中心および第２のプーリ１８に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心を調整するように第２のプーリ１８側に設けられているが、揺動軸１４の揺動中心および第１のプーリ１５に架け渡されたベルト２０の曲率中心の偏心を調整するように第１のプーリ１５側に設けられていても良い。

また、本実施の形態では、駆動モータ１７の負荷トルクを測定したが、これに限らず、例えば第１のプーリ１５および第２のプーリ１８の振れ量を測定する振れ量測定手段を設け、その位相が合うような調整を行っても良い。

以上のように、本発明に係る超音波探触子は、伝動部材の全長が変動するのを抑制し、安定した揺動を行うことができるという効果を有し、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子等として有用である。

１１ 超音波探触子
１３ 振動子体
１３ａ 送受信面
１４ 揺動軸
１５ 第１のプーリ
１７ 駆動モータ（駆動源）
１７ａ 出力軸
１８ 第２のプーリ
２０ ベルト（伝動部材）
３１ 調整ねじ
４０ ワイヤー（伝動部材）

Claims (5)

1. 支持体と、
   超音波を送受信する複数の超音波振動子を内蔵した振動子体と、
   前記振動子体に取付けられるとともに、前記支持体に揺動自在に支持された揺動軸と、
   前記揺動軸に取付けられた第１のプーリと、
   出力軸を有する駆動源と、
   前記駆動源の出力軸に取付けられた第２のプーリと、
   前記第１のプーリおよび前記第２のプーリに架け渡された可撓性の伝動部材とを有する超音波探触子において、
   前記揺動軸の揺動中心および前記第１のプーリに架け渡された前記伝動部材の曲率中心の偏心と、前記駆動源の出力軸の揺動中心および前記第２のプーリに架け渡された前記伝達部材の曲率中心の偏心とのうち、少なくとも何れか一方の偏心を調整可能にしたことを特徴とする超音波探触子。
2. 前記第１のプーリあるいは前記第２のプーリの少なくとも何れか一方は、その上方側から前記出力軸と当接するように螺合した調整ねじを備え、
   前記調整ねじにより前記第１のプーリあるいは前記第２のプーリの少なくとも何れか一方へのねじ込み高さを調整することで、偏心を調整することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記駆動源は、前記駆動源の負荷トルクを測定するトルク測定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
4. 前記駆動源は、前記第１のプーリおよび第２のプーリの振れ量を測定する振れ量測定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
5. 前記振動子体はコンベックス形状を有し、前記超音波振動子は、超音波の送受信面が前記振動子体のコンベックス先端面に位置するように前記振動子体の曲面長手方向に沿って配列されたことを特徴とする請求項１〜４に記載の超音波探触子。

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