JP2512469B2 - 超音波振動子駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば超音波内視鏡などに装備され、回転
走査可能に設けられた超音波振動子を駆動制御するもの
として好適な超音波振動子駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

人体等の体腔内に挿入される体内挿入部の先端に装着
した超音波振動子を、体外設置部に設けた駆動機構で回
転駆動制御しながら信号処理することにより、超音波に
よる診断を行なうようにした超音波内視鏡は、例えば特
開昭57−190552号公報に開示されているように公知であ
る。

第３図は上記公知例に開示されているものと同型式の
超音波内視鏡を簡略化して示した図である。Ａは体内挿
入部であり、Ｂは体外設置部である。

体内挿入部Ａの先端には超音波振動子１が軸受により
回転自在に保持されている。そしてこの超音波振動子１
にはフレキシブルシャフト３の先端が結合されている。
フレキシブルシャフト３は流動パラフィン４を介して可
撓性外筒５内に保持されており、その基端は体外設置部
Ｂまで導かれている。

体外設置部Ｂ内には、駆動源としてのモータ６と、こ
のモータ６の回転速度を減速するギヤボックス７と、こ
のギヤボックス７で減速した回転を前記フレキシブルシ
ャフト３に伝達する軸体8aおよび軸受8bからなる出力軸
８と、前記モータ６に付設されたポテンショメータ９と
を備えている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記構成の従来の超音波内視鏡には次のような問題が
あった。被検者が内視鏡の体内挿入部Ａを飲込む場合、
当然のことながら体内挿入部Ａが細いほど飲込み易い。
しかるに体内挿入部Ａを細くするためにフレキシブルシ
ャフト３を細くすると、フレキシブルシャフト３に捩れ
が生じ易く、モータ６の回転が超音波振動子１に正確に
伝わらない。すなわち上記捩れが生じると、その捩れ分
だけ超音波振動子１の回転が遅れる上、捩れ量が一定量
に達すると、今度は定常の回転速度以上に早く回転する
といった不具合が生じる。この結果、第４図に実線で示
すように回転走査特性を示す「時間−角度」特性が脈動
することになる。しかも１回転毎の各走査期間T1,T2〜
ごとの特性間にバラツキが生じることになる。このため
第５図に実線Ｍと破線Ｎとで示すように、得られる診断
画像が小さくなったり大きくなったりする歪み現象が生
じ、診断に支障をきたしていた。また第４図からも明ら
かなように、本来なら破線で示すようにリニアに変化す
べきところが脈動変化特性となり、しかもこの脈動が不
規則に発生するため、次の回転走査の開始位置が変動す
る。その結果、画像位置が変位してしまう。例えばΔθ
＝20゜程度の変位が生じることがある。このため、正確
な診断を行なう難いという問題があった。

このような診断画像の歪み現象や変位等の発生を防止
するために、フレキシブルシャフト３を太くかつ硬質な
ものにすると、次のような弊害が生じる。つまり上記の
ようにしても、一般にフレキシブルシャフト３は比較的
長いため、捩れ現象は以前として生じる。したがってモ
ータ６の回転伝達はやや安定化するが、超音波振動子１
の走査特性は直線的でなく脈動特性となるのを免れ得な
い。しかも体内挿入部Ａが大径化しかつ柔軟性に欠けた
ものとなるので、太くて飲込みにくいものとなるばかり
でなく、被検者の体腔内での湾曲度が不十分になり易く
操作性が悪いものとなる。

一方、駆動源であるモータ６として、通常は直流モー
タを用いるので、いわゆるブラシノイズが超音波振動子
１の信号線にのることになる。その結果、超音波振動子
１のスキャン動作によりブラウン管上に表示される画面
上に、いわゆる「しもふり現象」と称されるチラツキが
発生することになる。この現象についてはフィルター等
のノイズ除去回路を用いて除去することは可能である
が、格別のノイズ除去回路を備える必要があることか
ら、内視鏡全体が大形かつ複雑化し、信頼性を低下させ
るという問題があった。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであ
り、その目的は回転走査可能な超音波振動子と、駆動制
御系および信号制御系を備えた装置本体との間を、細径
で可撓性を有するケーブルで接続可能であるのは勿論、
上記振動子に対して所定の駆動力を安定かつ正確に伝達
することができ、しかも駆動源からのノイズ混入もな
く、得られる診断画像に歪み現象や変位を生ずることが
なく、極めて良好な画像を得ることができ、加えて流動
パラフィン等の超音波伝達媒体液を可動シール部材を用
いず上記ケーブルをモールドシールすることにより構造
も簡単で信頼性の高い超音波振動子駆動装置を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、
次のような手段を講じた。すなわち、回転走査可能に設
けられた超音波振動子と、この超音波振動子に駆動力を
付与する如くロータを上記超音波振動子に結合させた超
音波モータと、前記超音波振動子の走査による回転運動
に伴って回転する回転要素と、この回転運動に対して静
止している静止要素からなり、前記回転運動を機械的に
は伝達しないで、前記超音波振動子の送受波信号を伝達
する信号伝達手段と、前記超音波振動子、超音波モータ
および信号伝達手段を内蔵し、その内空に超音波伝達媒
体液を満たしたケース手段と、前記超音波モータの駆動
電力および前記信号伝達手段の静止要素から取り出され
た送受波信号を送る電線を前記ケース手段から引き出す
位置に設けられ、前記超音波伝達媒体液をシールするシ
ール手段とを備え、超音波伝達媒体液を満たしたケース
手段に走査用の機構部品をすべて封入し、該機構部品へ
電気信号を伝達する電線のみをシールできる構成とし
た。

〔作用〕

上記手段を講じたことにより次のような作用を呈す
る。回転走査可能な超音波振動子が、その近傍に設置さ
れた超音波モータにより直接的に回転駆動されるので、
超音波振動子と、駆動制御系および信号制御系を備えた
装置本体との間を、電線のみを内蔵した細径で可撓性を
有する接続ケーブルで接続できることになる。そして接
続ケーブルにたとえ捩れ等が生じても、超音波振動子の
回転には全く影響がないので、上記振動子に対して所定
の駆動力を安定かつ正確に伝達することができる。さら
に超音波モータからはブラシノイズ等が発生しないの
で、ノイズ介入のおそれもない。その結果、得られる画
像に歪み現象や変位が生じるおそれがなく、極めて良好
な画像を得ることが可能となる。またモータおよびキヤ
ボックスなどの機械的構成部品が少なくなることから、
構造も簡単なものとなり、信頼性が向上することにな
る。

〔実施例〕

第１図は本発明を超音波内視鏡の超音波振動子の駆動
系に適用した一実施例の構成を示す図である。第１図に
おいて10は体内挿入部Ａの先端部位に装着された超音波
振動子である。この超音波振動子10は、振動板11とダン
パ部材12とを主体として構成されており、その周囲には
音響媒体13が充填されている。上記超音波振動子10の一
端に取付けてある回転軸14は、軸受部20により回転自在
に軸支されている。

軸受部20は一対の軸受21,22から構成されている。な
お、これらの軸受21,22相互間に位置している前記回転
軸14には、回転検出片23が取付けられており、この回転
検出片23の外周面に所定距離を隔てて対向するように、
回転スタートパルス検出センサ24が設置されている。上
記軸受部20と前記超音波振動子10との間には超音波モー
タ30が配設されている。

超音波モータ30は、前記回転軸14に中心孔を嵌合させ
た状態で前記超音波振動子10の一側面に結合固定された
ロータ31と、前記回転軸14に中心孔を回転自在に嵌合さ
せた状態で前記軸受部20の一側面に結合固定されたステ
ータ32とを、圧接状態で対向配置したものとなってい
る。なお超音波モータ30のロータ31とステータ32との対
向面の中央部位には、超音波振動子10用の送受信信号を
非接触状態で伝達するためのロータリートランス要素33
および34が近接して対向配設されている。

前記超音波モータ30におけるステータ32の一対の電極
およびアース電極は、体内挿入部Ａの内部に配線されて
いる給電路41,42および43の各一端に接続されている。
また前記ロータリートランス要素の一次側要素34のコイ
ルは、同じく体内挿入部Ａの内部に配線されている信号
伝送路44の一端に接続されている。給電路41,42および4
3と、信号伝送路44とは体外設置部Ｂまで導かれてい
る。

体外設置部Ｂは、超音波振動子10の駆動制御系および
信号制御系を備えている。駆動制御系は、駆動源である
発振器50と、この発振器50からの発振出力を増幅して前
記給電路41を介して送出する増幅器51と、上記発振器50
からの発振出力を例えばπ/2だけ位相をずらすことが可
能な可変移相器53と、この可変移相器53の出力を増幅し
て前記給電路42を介して送出する増幅器52と、前記給電
路43を介して得られる前記超音波モータ30の現在の回転
位相と前記発振器50の出力位相とを比較し、その差を前
記可変移相器53へフィードバック信号として供給する位
相比較器54とからなっている。また信号制御系は、信号
源である送信器60と、この送信器60の出力信号を信号伝
送路44を介して送出し、かつ上記信号伝送路44を介して
戻ってくる反射信号を取出す信号送受手段61と、この信
号送受手段61により取出された反射信号を増幅する前置
増幅器62と、この前置増幅器62を信号処理系統へ送出す
る信号出力ライン63とからなっている。

なお前記軸受部20の軸受21,22、回転検出片23、検出
センサ24および超音波モータ30等の周囲は、流動パラフ
ィンで覆われている。流動パラフィンは潤滑性および絶
縁性を有しているので、この中にモータ等を浸漬しても
何ら問題は生じない。ただしリード線などにはモールド
加工が施してある。

このように本実施例においては、内視鏡の体内挿入部
Ａの先端に回転走査可能に設けられた超音波振動子10
を、その近傍に配置した超音波モータ30にて直接的に駆
動するように構成されているので、従来のように超音波
振動子１を駆動するためのフレキシブルシャフト３が全
く不要となる。このため超音波振動子10と装置本体であ
る体外設置部Ｂとの間を接続するケーブルとして、電線
のみを内蔵した接続ケーブルを使用できるので、体内挿
入部Ａの径を細径化することができると共に、柔軟性を
保つことができる。したがって被検者が飲込み易いもの
となる上、体腔内操作が容易となる。そして従来のよう
にフレキシブルシャフト３の捩れに起因する超音波振動
子の回転不安定化現象が生じないので、超音波振動子10
の回転走査は第２図に示すように正確で安定したものと
なる。その結果、得られる診断画像に歪み現象や変位が
生じるおそれがなく、安定した画像を得ることができ
る。さらに信号伝送路44にブラシノイズがのることもな
く、画像に「しもふり現象」が生じることもない。さら
に従来必要であった直流モータ6,ギヤボックス7,ポテン
ショメータ９などの機械的構成部品が不要となるので、
装置本体である体外設置部Ｂの小型化をはかることがで
きる。

なお本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施可能で
あるのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、回転走査可能な
超音波振動子と、駆動制御系および信号制御系を備えた
装置本体との間を、細径で可撓性を有するケーブルで接
続可能であるのは勿論、上記振動子に対して所定の駆動
力を安定かつ正確に伝達することができ、しかも駆動源
からのノイズ混入もなく、得られる診断画像に歪み現象
や変位を生ずることがなく、極めて良好な画像を得るこ
とができ、加えて流動パラフィン等の超音波伝達媒体液
を可動シール部材を用いず上記ケーブルをモールドシー
ルすることにより構造も簡単で信頼性の高い超音波振動
子駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は同
実施例の超音波振動子の回転走査特性を示す図である。
第３図は従来例の構成を示す簡略図、第４図は同例の超
音波振動子の回転走査特性を示す図、第５図は同例にお
ける診断画像の状態を示す図である。 10……超音波振動子、11……振動板、12……ダンパー部
材、13……音響媒体、14……回転軸、20……軸受部、2
1,22……軸受、23……回転検出片、24……回転スタート
パルス検出センサ、30……超音波モータ、31……ロー
タ、32……ステータ、33,34……ロータリートランス要
素、41,42,43……給電路、44……信号伝送路、50……発
振器、51,52……増幅器、53……可変移相器、54……位
相比較器、60……送信器、61……送受信手段、62……前
置増幅器、63……信号出力ライン。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転走査可能に設けられた超音波振動子
   と、 この超音波振動子に駆動力を付与する如くロータを上記
   超音波振動子に結合させた超音波モータと、 前記超音波振動子の走査による回転運動に伴って回転す
   る回転要素と、この回転運動に対して静止している静止
   要素からなり、前記回転運動を機械的には伝達しない
   で、前記超音波振動子の送受波信号を伝達する信号伝達
   手段と、 前記超音波振動子、超音波モータおよび信号伝達手段を
   内蔵し、その内空に超音波伝達媒体液を満たしたケース
   手段と、 前記超音波モータの駆動電力および前記信号伝達手段の
   静止要素から取り出された送受波信号を送る電線を前記
   ケース手段から引き出す位置に設けられ、前記超音波伝
   達媒体液をシールするシール手段と を備えたことを特徴とする超音波振動子駆動装置。