JP2015136569A

JP2015136569A - 超音波探触子

Info

Publication number: JP2015136569A
Application number: JP2014011388A
Authority: JP
Inventors: 得天黄; Tokuten Ko; 考信渡部; Takanobu Watabe; 紀裕西浦; Norihiro Nishiura
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-07-30
Also published as: US20150209009A1; KR20150088696A

Abstract

【課題】近年の小型化の要求を満足し、しかも超音波素子の走査範囲を広げつつ電気特性を向上させることが可能な超音波探触子を提供する。
【解決手段】揺動する超音波素子１０１と、プローブケーブル１０２が電気的に接続される電気回路１０３と、超音波素子１０１と電気回路１０３とを電気的に接続する織物状ケーブル１０４と、を備える超音波探触子１００である。織物状ケーブル１０４は、配線長が８０ｍｍ以下であると良い。織物状ケーブル１０４は、超音波素子１０１の揺動角度を６０°としたとき、２０００万回以上の揺動に耐えると良い。織物状ケーブル１０４は、複数本の電線１０７の並列方向に沿って伸縮すると良い。織物状ケーブル１０４は、並列に配置された複数本の電線１０７と、複数本の電線１０７の並列方向に沿って複数本の電線１０７の間を縫うように織り込まれた繊維部材１０８と、を有し、繊維部材１０８は、ポリウレタン弾性繊維からなると良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元超音波画像を取得するのに好適な超音波探触子に関する。

生体の内部を非侵襲的に診断するために、生体の表面から内部に向けて超音波を送信すると共に生体の内部からの反射波を受信することにより、生体の内部の様子を画像化又は映像化する超音波診断装置が広く使用されている。

図２に示すように、超音波診断装置は、複数の圧電素子（振動子）が並列されてなる超音波素子２０１と、プローブケーブル２０２が電気的に接続される電気回路２０３と、超音波素子２０１と電気回路２０３とを電気的に接続する内部配線２０４と、を有する超音波探触子２００を備えている。

図３に示すように、超音波素子２０１は、三次元超音波画像を取得するために、複数の圧電素子の並列方向に対して直交する方向に１２０回／分程度の速度で揺動し、超音波の送信位置又は受信位置を走査するようになっている。

一方、電気回路２０３は、超音波探触子２００の内部の所定の位置に固定されているため、超音波素子２０１と電気回路２０３との間を繋ぐ内部配線２０４に対して、超音波素子２０１の揺動に伴う負荷が掛かることとなる。

超音波素子２０１の揺動に伴う負荷に耐え得る内部配線２０４としては、例えば、複数本の同軸線が並列に配置されてなるフラットケーブルや、回路パターンが絶縁フィルムの表面に転写されてなるフレキシブルプリント回路基板等が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−３１０７１号公報

超音波探触子２００も他の電子機器と同様に小型化の一途を辿っているため、内部配線２０４の配線長が８０ｍｍ以下に制限されることが多い。また、超音波素子２０１による走査範囲を広げるために、超音波素子２０１の揺動角度が６０°に及ぶことがある。

これらの事情から、内部配線２０４には、従来以上に厳しい条件で超音波素子２０１の揺動に伴う負荷に耐えることが要求されている。

このような条件の下で、内部配線２０４としてフラットケーブルを採用した場合には、超音波探触子２００の小型化を図るために極限まで細径化された同軸線に対して、超音波素子２０１の揺動に伴う負荷が全て掛かるため、同軸線が断線し易いという課題がある。

また、同様の条件の下で、内部配線２０４としてフレキシブルプリント回路基板を採用した場合には、超音波素子２０１の揺動に伴う負荷により絶縁フィルムに亀裂が生じ、亀裂の進展により導体が断線してしまう虞がある。また、フレキシブルプリント回路基板の周囲に導電布やシールドテープにより電磁遮蔽を施すと、柔軟性を損ない超音波素子２０１の円滑な揺動を妨げる虞があるため、電気特性の向上に限界があるという課題もある。

そこで、本発明の目的は、近年の小型化の要求を満足し、しかも超音波素子の走査範囲を広げつつ電気特性を向上させることが可能な超音波探触子を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、揺動する超音波素子と、プローブケーブルが電気的に接続される電気回路と、前記超音波素子と前記電気回路とを電気的に接続する織物状ケーブルと、を備える超音波探触子である。

前記織物状ケーブルは、配線長が８０ｍｍ以下であると良い。

前記織物状ケーブルは、前記超音波素子の揺動角度を６０°としたとき、２０００万回以上の揺動に耐えると良い。

前記織物状ケーブルは、複数本の前記電線の並列方向に沿って伸縮すると良い。

前記織物状ケーブルは、並列に配置された複数本の電線と、複数本の前記電線の並列方向に沿って複数本の前記電線の間を縫うように織り込まれた繊維部材と、を有し、前記繊維部材は、ポリウレタン弾性繊維からなると良い。

前記繊維部材は、複数本の前記電線の間を縫うように織り込まれた状態で伸長すると良い。

前記繊維部材は、モノフィラメントからなると良い。

本発明によれば、近年の小型化の要求を満足し、しかも超音波素子の走査範囲を広げつつ電気特性を向上させることが可能な超音波探触子を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る超音波探触子を示す概略平断面図である。従来技術に係る超音波探触子を示す概略平断面図である。従来技術に係る超音波探触子を示す概略断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る超音波探触子１００は、揺動する超音波素子１０１と、プローブケーブル１０２が電気的に接続される電気回路１０３と、超音波素子１０１と電気回路１０３とを電気的に接続する織物状ケーブル１０４と、を備えることを特徴とする。

超音波素子１０１は、複数の圧電素子（振動子）が並列されてなり、三次元超音波画像を取得するために、複数の圧電素子の並列方向に対して直交する方向に１２０回／分程度の速度で揺動し、超音波の送信位置又は受信位置を走査するようになっている。この超音波素子１０１は、プリント回路基板等に搭載されている。

プローブケーブル１０２は、複数本の信号線１０５及び電源線１０６からなり、図示しない超音波診断装置の本体部と超音波探触子１００とを電気的に接続している。

電気回路１０３は、超音波素子１０１を駆動する駆動回路等を構成するプリント回路基板等からなり、超音波探触子１００の内部の所定の位置に固定されている。

織物状ケーブル１０４は、並列に配置された複数本の電線１０７と、複数本の電線１０７の並列方向に沿って複数本の電線１０７の間を縫うように織り込まれた繊維部材１０８と、を有している。

電線１０７は、電磁遮蔽を施して電気特性を向上させるために同軸線からなることが好ましく、これらが交互に配置されて複数本の電線１０７を構成している。

同軸線は、金属線からなる内部導体と、内部導体の周囲に形成された絶縁層と、絶縁層の周囲に金属線を横巻状又は編組状に巻き付けて形成された外部導体と、外部導体の周囲に形成されたジャケットと、を備えている。

内部導体や外部導体を構成する金属線は、優れた導電性を有する銅やアルミニウム等で形成されている。また、金属線は、単線であっても撚線であっても良く、表面にめっき処理が施されていても構わない。

絶縁層とジャケットは、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、又はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等のフッ素樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成されている。

繊維部材１０８は、織物状ケーブル１０４の長手方向の一端から他端まで幅方向（複数本の電線１０７の並列方向）の一側から他側に複数本の電線１０７の間をジグザグに往復しながら、複数本の電線１０７を平型形状に拘束して固定するように織り込まれている。

このとき、繊維部材１０８は、織物状ケーブル１０４の幅方向の中央部において、１本の電線１０７を１つのユニットとして縫うように織り込まれることが好ましい。

なお、織物状ケーブル１０４の幅方向の中央部とは、織物状ケーブル１０４の中心軸上に限られず、その近傍も含まれる概念である。

これらの構成により、織物状ケーブル１０４を構成する全ての電線１０７が繊維部材１０８に拘束されると共に、複数本の電線１０７が相互に寄せ合うように配置されて均一な配線ピッチで配列されるため、織物状ケーブル１０４の幅が小さくなり、超音波探触子１００の小型化に資することが可能となる。

また、繊維部材１０８は、織物状ケーブル１０４の長手方向の全体に亘って織り込まれているが、超音波素子１０１又は電気回路１０３との接続を容易にするために、織物状ケーブル１０４の長手方向の両端部に織り込まれている繊維部材１０８を除去しておくようにしても構わない。

このとき、繊維部材１０８を溶剤で溶解させる等の特別な作業を伴わずに、繊維部材１０８の先端部を引っ張るだけで電線１０７と繊維部材１０８との分離を容易に行えるため、超音波素子１０１又は電気回路１０３との接続作業を簡素化することができ、作業者に掛かる負担を軽減することが可能となる。

繊維部材１０８は、伸度が高く初期モジュラスが低い繊維、具体的には、伸度が５００％以上９００％以下、３００％伸長時の伸長回復率が９０％以上、３００％伸長するための初期モジュラスが５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下のポリウレタン弾性繊維からなる。

伸度を５００％以上９００％以下とするのは、５００％未満であると、織物状ケーブル１０４を屈曲させたときや所望のレイアウトに応じて複数本の電線１０７の配列ピッチを長手方向の一部で変化させた際に、繊維部材１０８がその屈曲や変化に十分に追従できなくなるからである。

また、９００％を超えると、繊維部材１０８が複数本の電線１０７を拘束して固定する機能が低下するからである。

３００％伸長時の伸長回復率を９０％以上とするのは、９０％未満であると、織物状ケーブル１０４を屈曲させたときに繊維部材１０８が伸びきってしまい、織物状ケーブル１０４が屈曲前の形状に戻り難くなるからである。

３００％伸長するための初期モジュラスを５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下とするのは、５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると、複数本の電線１０７の間に繊維部材１０８を織り込む際に、複数本の電線１０７を繊維部材１０８で十分に拘束することができず、綺麗な形状の織物状ケーブル１０４を製造することができなくなり、織物状ケーブル１０４の形状を綺麗に整えるための後工程が別に必要となり、製造コストの上昇を招いてしまうからである。

また、３０ｃＮ／ｄｔｅｘを超えると、複数本の電線１０７の間に繊維部材１０８を織り込む際に、電線１０７が繊維部材１０８で強く締め付けられて電線１０７にうねりやこれに伴う断線が生じる可能性があり、電気特性を悪化させてしまうからである。

つまり、３００％伸長するための初期モジュラスを５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下とすることにより、複数本の電線１０７の間に繊維部材１０８を織り込む際に、電線１０７に余分な負荷を与えずに織り込むことが可能となる。

これらの条件を満たすポリウレタン弾性繊維としては、例えば、旭化成せんい株式会社製のロイカ（登録商標）がある。また、繊維部材１０８は、織物状ケーブル１０４の強度向上や薄型化の観点から、モノフィラメントからなることが好ましい。

このようなポリウレタン弾性繊維を繊維部材１０８として使用することにより、複数本の電線１０７の間に繊維部材１０８を織り込む際に、繊度が非常に細い繊維部材１０８を大きく伸長させた状態で織り込むことが可能となる。

例えば、１７ｄｔｅｘ以上４５ｄｔｅｘ以下の繊維部材１０８を３００％に伸長させた状態で織り込むことが可能となる。１７ｄｔｅｘ以上４５ｄｔｅｘ以下の繊維部材１０８を３００％に伸長させた状態の繊維部材１０８の外径は０．０４ｍｍ以下である。

そして、繊維部材１０８を織り込んだ後は、繊維部材１０８の伸長回復力により複数本の電線１０７が相互に寄せ合うように配置されるが、繊維部材１０８の伸度が高いので、複数本の電線１０７に過度な力が加えられることが無い。

そのため、電線１０７の外径が小さい場合であっても、繊維部材１０８の伸長回復力により電線１０７に小さな曲げを発生させるようなストレスが与えられることが無く、電線１０７にうねりやこれに伴う断線を発生させずに繊維部材１０８が複数本の電線１０７の間に織り込まれることとなる。

これにより、隣接する電線１０７の間の離間距離（配線ピッチ）を電線１０７に余分な負荷を与えること無しに短くすることができ、織物状ケーブル１０４の幅を従来と比較して小さくすることが可能となる。

更に、前述したポリウレタン弾性繊維からなる繊維部材１０８は、複数本の電線１０７の間に織り込まれた後も十分な伸長が可能であるため、織物状ケーブル１０４に幅方向に対する伸縮機能を付与することができる。

これにより、織物状ケーブル１０４の配線長を８０ｍｍ以下としても、超音波素子１０１の揺動角度が６０°に及ぶ条件の下で、織物状ケーブル１０４が十分な柔軟性を持って超音波素子１０１の揺動に追従することができる。

また、繊維部材１０８は、織物状ケーブル１０４のケーブル長手方向の１ｃｍ当たり２０往復以上３０往復以下の織密度で織り込まれていることが好ましい。繊維部材１０８を織物状ケーブル１０４のケーブル長手方向の１ｃｍ当たり２０往復以上３０往復以下の織密度で織り込むのは、１ｃｍ当たり２０往復未満であると、複数本の電線１０７を十分に結束することができなくなり、１ｃｍ当たり３０往復を超えると、織物状ケーブル１０４の柔軟性が損なわれるからである。

このような織物状ケーブル１０４では、超音波素子１０１の揺動に伴う負荷の大部分を伸縮性に富んだ繊維部材１０８に逃がすことができるため、電線１０７として、電気特性に優れると共に極限まで細径化された同軸線を採用したとしても、従来以上に厳しい条件の下で、超音波素子１０１の揺動に伴う負荷に耐えることができ、同軸線の断線を防止することが可能となり、またフレキシブルプリント回路基板を採用した場合のような課題も生じない。

更に、織物状ケーブル１０４では、従来以上に厳しい条件の下で、超音波素子１０１の揺動に晒されても、複数本の電線１０７が繊維部材１０８により一体化されているため、複数本の電線１０７がばらけ難く、電線１０７が本来の軌道から逸れて織物状ケーブル１０４から飛び出して突出し、過度な負荷が掛かるということがなくなる。

そのため、電線１０７の断線寿命にバラツキが生じ難く、また断線寿命そのものも従来と比較して大幅に向上させることが可能となる。具体的には、織物状ケーブル１０４の配線長を８０ｍｍ以下とし、超音波素子１０１の揺動角度を６０°としたとき、２０００万回以上の揺動に耐えることが可能となる。

なお、織物状ケーブル１０４を超音波素子１０１が搭載されたプリント回路基板と電気回路１０３の表裏両面にそれぞれ接続して実装密度を２倍に向上させることもできる。

以上の通り、本発明によれば、近年の小型化の要求を満足し、しかも超音波素子の走査範囲を広げつつ電気特性を向上させることが可能な超音波探触子１００を提供することができる。

１００超音波探触子
１０１超音波素子
１０２プローブケーブル
１０３電気回路
１０４織物状ケーブル
１０５信号線
１０６電源線
１０７電線
１０８繊維部材

Claims

揺動する超音波素子と、
プローブケーブルが電気的に接続される電気回路と、
前記超音波素子と前記電気回路とを電気的に接続する織物状ケーブルと、
を備えることを特徴とする超音波探触子。
前記織物状ケーブルは、配線長が８０ｍｍ以下である請求項１に記載の超音波探触子。
前記織物状ケーブルは、前記超音波素子の揺動角度を６０°としたとき、２０００万回以上の揺動に耐える請求項１又は２に記載の超音波探触子。
前記織物状ケーブルは、複数本の前記電線の並列方向に沿って伸縮する請求項１から３の何れか一項に記載の超音波探触子。
前記織物状ケーブルは、
並列に配置された複数本の電線と、
複数本の前記電線の並列方向に沿って複数本の前記電線の間を縫うように織り込まれた繊維部材と、
を有し、
前記繊維部材は、ポリウレタン弾性繊維からなる請求項１から４の何れか一項に記載の超音波探触子。
前記繊維部材は、複数本の前記電線の間を縫うように織り込まれた状態で伸長する請求項５に記載の超音波探触子。
前記繊維部材は、モノフィラメントからなる請求項５又は６に記載の超音波探触子。