JP2758229B2 - 機械走査形超音波スキャナ - Google Patents
機械走査形超音波スキャナInfo
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- JP2758229B2 JP2758229B2 JP1241862A JP24186289A JP2758229B2 JP 2758229 B2 JP2758229 B2 JP 2758229B2 JP 1241862 A JP1241862 A JP 1241862A JP 24186289 A JP24186289 A JP 24186289A JP 2758229 B2 JP2758229 B2 JP 2758229B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の目的） ［産業上の利用分野］ 本発明は、機械式高速走査によって人体内部の臓器の
動きや構造をリアルタイムで観察する超音波診断装置に
用いる機械走査形超音波スキャナに関する。
動きや構造をリアルタイムで観察する超音波診断装置に
用いる機械走査形超音波スキャナに関する。
（従来の技術） 超音波パルスビームを生体内に向けて放射し、生体内
部の音響インピーダンスの差によって生じる反射波を受
信し、生体の断層像を得る超音波診断装置はよく知られ
ている。その中に、超音波パルスビームを機械的に走査
して扇形状の断層像を得るものがある。超音波パルスビ
ームを機械的に走査する機械走査形の超音波スキャナ
は、超音波振動子を保持し回転する支持体を音響伝播媒
体を満たした容器内で揺動させるもので、従来より種々
報告されている。
部の音響インピーダンスの差によって生じる反射波を受
信し、生体の断層像を得る超音波診断装置はよく知られ
ている。その中に、超音波パルスビームを機械的に走査
して扇形状の断層像を得るものがある。超音波パルスビ
ームを機械的に走査する機械走査形の超音波スキャナ
は、超音波振動子を保持し回転する支持体を音響伝播媒
体を満たした容器内で揺動させるもので、従来より種々
報告されている。
例えば第11図に示す特開昭60−132546号公報に記載の
機械走査形超音波スキャナでは、駆動モータ101の回転
軸102と超音波振動子103を保持した支持体104の回転軸1
05とが平行となるように配置がなされている。そして、
支持体104の必要とする揺動動作と同じ動作を駆動モー
タ101の回転軸102の揺動運動によって実現するように構
成している。
機械走査形超音波スキャナでは、駆動モータ101の回転
軸102と超音波振動子103を保持した支持体104の回転軸1
05とが平行となるように配置がなされている。そして、
支持体104の必要とする揺動動作と同じ動作を駆動モー
タ101の回転軸102の揺動運動によって実現するように構
成している。
しかしながら、この機械走査形超音波スキャナは、揺
動運動を伝達する伝達手段にケーブル106a,106bを用い
ている。一般にケーブル伝達にはプーリなどの円筒形状
の部材を併用して使用するために、ケーブル106a,106b
には曲げ応力が発生している。この曲げ応力はプーリの
直径が小さいほど大きく作用するため、ケーブル106a,1
06bの寿命、つまりスキャナの寿命を考慮すると、プー
リ状の駆動モータ101および支持体104の直径の小径化は
困難となり、スキャナ全体の小形化に制限が加わってし
まう。また、支持体104はケーブル106a,106bのみで駆動
モータ側に連結されているので、支持体104の剛性は非
常に小さなものとならざるを得ない。
動運動を伝達する伝達手段にケーブル106a,106bを用い
ている。一般にケーブル伝達にはプーリなどの円筒形状
の部材を併用して使用するために、ケーブル106a,106b
には曲げ応力が発生している。この曲げ応力はプーリの
直径が小さいほど大きく作用するため、ケーブル106a,1
06bの寿命、つまりスキャナの寿命を考慮すると、プー
リ状の駆動モータ101および支持体104の直径の小径化は
困難となり、スキャナ全体の小形化に制限が加わってし
まう。また、支持体104はケーブル106a,106bのみで駆動
モータ側に連結されているので、支持体104の剛性は非
常に小さなものとならざるを得ない。
一方、やはり同公報に記載された第12図の機械走査形
超音波スキャナは、その伝達手段に歯車107a,107bを用
いている。このように歯車を用いると、その歯先の形成
のために製作精度が要求され、かつ小形化にも制限があ
る。また歯車107a,107bの回動運動により次第に歯先が
摩耗・劣化するなどの経時変化が発生してしまい、歯車
のバックラッシュなどによってやはりスキャナの長寿命
化に限界がある。
超音波スキャナは、その伝達手段に歯車107a,107bを用
いている。このように歯車を用いると、その歯先の形成
のために製作精度が要求され、かつ小形化にも制限があ
る。また歯車107a,107bの回動運動により次第に歯先が
摩耗・劣化するなどの経時変化が発生してしまい、歯車
のバックラッシュなどによってやはりスキャナの長寿命
化に限界がある。
こういった欠点を解決するものとして、伝達手段を用
いずに支持体を駆動モータの回転軸に直結する方式も考
えられるが、こうすると支持体の回転半径が必要以上に
長くなってしまうという欠点がある。そして、支持体揺
動時の負荷イナーシャが増大して振動が発生するばかり
でなく、スキャナの直径を一定とした場合にこの方式で
は支持体の揺動範囲、つまり超音波振動子の超音波放射
範囲が狭くなってしまい、得られつ生体内情報が限られ
たものになってしまう。
いずに支持体を駆動モータの回転軸に直結する方式も考
えられるが、こうすると支持体の回転半径が必要以上に
長くなってしまうという欠点がある。そして、支持体揺
動時の負荷イナーシャが増大して振動が発生するばかり
でなく、スキャナの直径を一定とした場合にこの方式で
は支持体の揺動範囲、つまり超音波振動子の超音波放射
範囲が狭くなってしまい、得られつ生体内情報が限られ
たものになってしまう。
（発明が解決しようとする課題） 以上のように、駆動モータが発生する揺動運動をケー
ブルや歯車といった伝達手段によって支持体に伝達して
超音波振動子を揺動運動すると、スキャナの小形化，長
寿命化に問題が生じてしまう。一方、伝達手段を用いず
に支持体を駆動モータの回転軸に直結したものとする
と、支持体揺動時の負荷イナーシャが増大して揺動が発
生したり、支持体の揺動範囲が制限されてしまったりす
る。
ブルや歯車といった伝達手段によって支持体に伝達して
超音波振動子を揺動運動すると、スキャナの小形化，長
寿命化に問題が生じてしまう。一方、伝達手段を用いず
に支持体を駆動モータの回転軸に直結したものとする
と、支持体揺動時の負荷イナーシャが増大して揺動が発
生したり、支持体の揺動範囲が制限されてしまったりす
る。
そこで本発明ではこういった問題点を解決し、上記し
た従来の動力伝達形態に起因する種々の悪条件を除去す
ることができる機械走査形超音波スキャナの提供を目的
とする。
た従来の動力伝達形態に起因する種々の悪条件を除去す
ることができる機械走査形超音波スキャナの提供を目的
とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明においては、揺動
運動可能に支持された超音波振動子と、前記超音波振動
子の揺動軸と略平行に駆動軸を有し、この駆動軸を揺動
駆動する駆動力を発生する駆動手段と、前記駆動手段の
前記駆動軸と前記超音波振動子の前記揺動軸とを連結す
ることにより、前記駆動手段の駆動力を前記超音波振動
子に伝達する平行リンク機構とを有する機械走査形超音
波スキャナとした。
運動可能に支持された超音波振動子と、前記超音波振動
子の揺動軸と略平行に駆動軸を有し、この駆動軸を揺動
駆動する駆動力を発生する駆動手段と、前記駆動手段の
前記駆動軸と前記超音波振動子の前記揺動軸とを連結す
ることにより、前記駆動手段の駆動力を前記超音波振動
子に伝達する平行リンク機構とを有する機械走査形超音
波スキャナとした。
（作用） このように、伝達手段として平行リンク機構を用いれ
ば、プーリを用いた従来の方式と異なり曲げ応力が作用
してスキャナ全体の小形化が制限されるといったことが
ない。また、歯車を用いた従来の方式と異なりそれほど
の製作精度は要求されず、経時変化もほとんどない。更
に、伝達手段を使用しない従来の方式と異なり支持体の
回転半径を十分に小さくすることができ、負荷イナーシ
ャが軽減されるととともに支持体の可動範囲が広くな
る。
ば、プーリを用いた従来の方式と異なり曲げ応力が作用
してスキャナ全体の小形化が制限されるといったことが
ない。また、歯車を用いた従来の方式と異なりそれほど
の製作精度は要求されず、経時変化もほとんどない。更
に、伝達手段を使用しない従来の方式と異なり支持体の
回転半径を十分に小さくすることができ、負荷イナーシ
ャが軽減されるととともに支持体の可動範囲が広くな
る。
（実施例） 以下、図面に従って本発明を説明する。
第１図および第２図は本発明の実施例を示す機械走査
形超音波スキャナの側断面図、第３図は第２図中のＡ−
Ａ線による正断面図、第４図は第２図中のＢ−Ｂ線によ
る側断面図である。機械走査形超音波スキャナ50は、そ
の頂部に超音波を透過する性質を有する略球殻状のキャ
ップ１を配置し、これがリンク34を介してシールドケー
ス２と嵌合固着し、また同様にシールドケース２が操作
者の把持する把持部３と嵌合固着してなるものである。
そしてこれらキャップ1,シールドケース2,把持部3,リン
ク34によってハウジング４が構成され、スキャナ50の外
形が形成されている。
形超音波スキャナの側断面図、第３図は第２図中のＡ−
Ａ線による正断面図、第４図は第２図中のＢ−Ｂ線によ
る側断面図である。機械走査形超音波スキャナ50は、そ
の頂部に超音波を透過する性質を有する略球殻状のキャ
ップ１を配置し、これがリンク34を介してシールドケー
ス２と嵌合固着し、また同様にシールドケース２が操作
者の把持する把持部３と嵌合固着してなるものである。
そしてこれらキャップ1,シールドケース2,把持部3,リン
ク34によってハウジング４が構成され、スキャナ50の外
形が形成されている。
スキャナ50の中央部付近には、第１図にて図面に直角
となるように巻装された励磁コイル５と、この励磁コイ
ル５が巻装される矩形状の空間を有するステータ６と、
ステータ６に設けられた円筒状の空間に収納されるロー
タ７とが配置され、これら励磁コイル5,ステータ6,ロー
タ７により駆動手段８が構成される。また、ロータ７の
中心部には、シールドケース２に接続するブラケット９
に固定された軸受10a,10bを介してこのロータ７を回転
自在に軸支する駆動軸11が位置し、ロータ７に対して挿
通固着または一体成形される。
となるように巻装された励磁コイル５と、この励磁コイ
ル５が巻装される矩形状の空間を有するステータ６と、
ステータ６に設けられた円筒状の空間に収納されるロー
タ７とが配置され、これら励磁コイル5,ステータ6,ロー
タ７により駆動手段８が構成される。また、ロータ７の
中心部には、シールドケース２に接続するブラケット９
に固定された軸受10a,10bを介してこのロータ７を回転
自在に軸支する駆動軸11が位置し、ロータ７に対して挿
通固着または一体成形される。
前記ステータ６は、円筒状の空間の上下両端にそれぞ
れ薄肉の部位を有した構造（閉スロット形状）をなして
いる。ステータ６は、例えば電磁軟鉄材料（SUYB材）や
一般構造用圧延鋼板（SS41）などによって成形されるも
のである。また、ロータ７は永久磁石からなり、駆動軸
11の中心線を含む平面を境界としてＮ極,S極にそれぞれ
分極した構造をなしている。
れ薄肉の部位を有した構造（閉スロット形状）をなして
いる。ステータ６は、例えば電磁軟鉄材料（SUYB材）や
一般構造用圧延鋼板（SS41）などによって成形されるも
のである。また、ロータ７は永久磁石からなり、駆動軸
11の中心線を含む平面を境界としてＮ極,S極にそれぞれ
分極した構造をなしている。
スキャナ50のキャップ１付近には、ハウジング４外に
超音波を出射すると共にその反射波を入射する超音波振
動子12と、この超音波振動子12を保持する支持体13とが
設けられている。支持体13の前記超音波振動子12と対向
する側には、所定の間隔をおいて軸受14a,14bが設けら
れ、シールドケース２内部に固定された固定軸15を揺動
軸として支持体13を揺動自在に支持している。尚、この
固定軸15は前記駆動軸11と平行な状態にに配置されてい
る。
超音波を出射すると共にその反射波を入射する超音波振
動子12と、この超音波振動子12を保持する支持体13とが
設けられている。支持体13の前記超音波振動子12と対向
する側には、所定の間隔をおいて軸受14a,14bが設けら
れ、シールドケース２内部に固定された固定軸15を揺動
軸として支持体13を揺動自在に支持している。尚、この
固定軸15は前記駆動軸11と平行な状態にに配置されてい
る。
また、超音波振動子12からは、超音波信号を導くため
の信号伝達用ケーブル16a,16bが導出される。この信号
伝達用ケーブル16a,16bは、予めやや長めの寸法に設定
されたものを、固定軸15に巻付けるように配置すること
により全長を調節してある。そして励磁コイル５に電流
を与えるための電気ケーブル16cと共に外部ケーブル17
に結線され、外部に設けられた信号処理装置や電源に接
続されている。
の信号伝達用ケーブル16a,16bが導出される。この信号
伝達用ケーブル16a,16bは、予めやや長めの寸法に設定
されたものを、固定軸15に巻付けるように配置すること
により全長を調節してある。そして励磁コイル５に電流
を与えるための電気ケーブル16cと共に外部ケーブル17
に結線され、外部に設けられた信号処理装置や電源に接
続されている。
また、駆動軸11の一端面には永久磁石18が、そしてシ
ールドケース２には磁気抵抗素子19が、それぞれ非接触
に対向するように取り付けてあり、これらは磁気式位置
検出手段（磁気式ポテンショメータ）を形成している。
磁気抵抗素子19は、加える磁界の変化に応じてその抵抗
値が変化する磁気抵抗効果を利用した素子である。これ
らは第２図，第３図からも明らかなように、永久磁石18
が断面長方形状を、一方、磁気抵抗素子19が断面円形状
をなしている。永久磁石18と磁気抵抗素子19は、駆動軸
11の回転に伴い永久磁石18が回転移動しても、対向面ど
うしが常に一定間隔で対向するように固定されている。
そして、永久磁石18の回転角度により磁気抵抗素子19に
加わる磁界が変化することを利用し、駆動軸11の回転
（揺動）角度を検出する。検出信号は回転角度用信号ケ
ーブル16dを通って前記外部ケーブル17に結線される。
もちろん他の位置検出手段を使用してもよい。
ールドケース２には磁気抵抗素子19が、それぞれ非接触
に対向するように取り付けてあり、これらは磁気式位置
検出手段（磁気式ポテンショメータ）を形成している。
磁気抵抗素子19は、加える磁界の変化に応じてその抵抗
値が変化する磁気抵抗効果を利用した素子である。これ
らは第２図，第３図からも明らかなように、永久磁石18
が断面長方形状を、一方、磁気抵抗素子19が断面円形状
をなしている。永久磁石18と磁気抵抗素子19は、駆動軸
11の回転に伴い永久磁石18が回転移動しても、対向面ど
うしが常に一定間隔で対向するように固定されている。
そして、永久磁石18の回転角度により磁気抵抗素子19に
加わる磁界が変化することを利用し、駆動軸11の回転
（揺動）角度を検出する。検出信号は回転角度用信号ケ
ーブル16dを通って前記外部ケーブル17に結線される。
もちろん他の位置検出手段を使用してもよい。
そして第４図に示すように、ロータ７と支持体13との
間には、駆動軸11と固定軸15のそれぞれの中心を結ぶ線
分を固定リンクとした平行リンク機構が形成されてい
る。詳述すると、駆動軸11に固定されたジョイント20と
一体となった軸21aを介し、軸受22により一端を回転自
在に軸支されたアーム23が取り付けられており、その他
端はやはり軸受24により回転自在となるように軸21bに
軸支されている。軸21bはホルダ25を介して支持体13に
固定されている。アーム23はジョイント20やホルダ25と
干渉しないように厚さ方向の配置がなされるとともに、
支持体13との干渉も防止するためにその両端部付近の形
状を略円形としている。ここで駆動軸11,軸21a,軸21b,
および固定軸15のそれぞれの中心軸を順にA,B,C,Dとす
ると、▲▼＝▲▼，▲▼＝▲▼の関係
が成立っており、四辺形ABCDは常に平行四辺形を構成し
ている。
間には、駆動軸11と固定軸15のそれぞれの中心を結ぶ線
分を固定リンクとした平行リンク機構が形成されてい
る。詳述すると、駆動軸11に固定されたジョイント20と
一体となった軸21aを介し、軸受22により一端を回転自
在に軸支されたアーム23が取り付けられており、その他
端はやはり軸受24により回転自在となるように軸21bに
軸支されている。軸21bはホルダ25を介して支持体13に
固定されている。アーム23はジョイント20やホルダ25と
干渉しないように厚さ方向の配置がなされるとともに、
支持体13との干渉も防止するためにその両端部付近の形
状を略円形としている。ここで駆動軸11,軸21a,軸21b,
および固定軸15のそれぞれの中心軸を順にA,B,C,Dとす
ると、▲▼＝▲▼，▲▼＝▲▼の関係
が成立っており、四辺形ABCDは常に平行四辺形を構成し
ている。
シールドケース２内には、鉱物油，ひまし油などから
なる絶縁性を有した音響伝播媒体26が充填されており、
キャップ１とシールドケース２の間はＯリング27によっ
て、そしてシールドケース２の端部はこの端部に取り付
けられた液圧調整体28およびＯリング29によって密封さ
れている。この音響伝播媒体26はシールドケース２に設
けられた注入口30a,30b,30d,30d（30c,30dは省略）より
注入が可能で、注入後は封止ネジ31a,31b,31c,31dおよ
びＯリング32a,32b,32c,32d（32c,32dは省略）により密
封される。液圧調整体28は、その底面にゴムなどからな
るシート状の弾性体33が固定された筒状の部材であり、
その内周に刻まれたネジ溝がシールドケース２側に刻ま
れたネジ山と噛合するように配置される。そして、この
液圧調整体28を回転させることにより液圧調整体28を軸
方向へ駆動すれば、弾性体33の弾性復元力によりシール
ドケース２内の音響伝播媒体26に所定の圧力を与えるこ
とができる。
なる絶縁性を有した音響伝播媒体26が充填されており、
キャップ１とシールドケース２の間はＯリング27によっ
て、そしてシールドケース２の端部はこの端部に取り付
けられた液圧調整体28およびＯリング29によって密封さ
れている。この音響伝播媒体26はシールドケース２に設
けられた注入口30a,30b,30d,30d（30c,30dは省略）より
注入が可能で、注入後は封止ネジ31a,31b,31c,31dおよ
びＯリング32a,32b,32c,32d（32c,32dは省略）により密
封される。液圧調整体28は、その底面にゴムなどからな
るシート状の弾性体33が固定された筒状の部材であり、
その内周に刻まれたネジ溝がシールドケース２側に刻ま
れたネジ山と噛合するように配置される。そして、この
液圧調整体28を回転させることにより液圧調整体28を軸
方向へ駆動すれば、弾性体33の弾性復元力によりシール
ドケース２内の音響伝播媒体26に所定の圧力を与えるこ
とができる。
以上のような構成の本実施例における駆動手段８の駆
動原理を説明する。外部の電源から駆動手段８に電力が
供給されることにより励磁コイル５が励磁され、これに
伴い例えば第５図の模式図のように、ステータ６内の円
筒状の空間を挟んでステータ６がＮ極,S極に磁化された
とする。ここでロータ７の有する磁極とステータ６に形
成された磁極とが同極どうし対向する位置関係（同図
（ａ））にあれば、反発の作用によってロータ６が時計
方向に回転運動し（同図（ｂ））、同図（ｃ），（ｄ）
のような過程を経て異極どうしが対向する位置関係（同
図（ｅ））が生じる。そして、この状態となった時点で
駆動手段８に与える電流の方向を反転させるように制御
することにより、ステータ６の磁化方向が逆転し、再び
ロータ７の有する磁極とステータ６に形成された磁極と
が同極どうし対向する位置関係となる。そして同様にし
て反発の作用によりロータ７が回転運動を継続する。
尚、本実施例では、駆動手段８に与える電流の方向を反
転させるための切り替えタイミングの制御により、ロー
タ７の回転方向が時計方向と反時計方向とを交互に繰り
返すようにしている。この場合のタイミング制御は、上
述した磁気式位置検出手段によりロータ７の回転角の情
報を得ることによって行っている。従って、ロータ７は
連続的な揺動運動を行うことができる。そして、この揺
動運動はロータ７から駆動軸11へ、さらに平行リンク機
構を介して支持体13に伝わり、結果的に支持体13は、固
定軸15を中心として第１図中に示す扇状の可動範囲Ｓを
往復する揺動運動を行う。この動きを示したものが第６
図である。駆動軸11の揺動運動によりアーム23が上下方
向に駆動されることにより、支持体13を左右各S/2の範
囲にわたって揺動させていることがわかる。これによ
り、超音波振動子12の超音波放射も扇状の往復放射とな
り、生体内の動きや構造の信号を再び超音波振動子12で
受けることにより、外部のモニタに扇状の画像情報がリ
アルタイムで映し出される。
動原理を説明する。外部の電源から駆動手段８に電力が
供給されることにより励磁コイル５が励磁され、これに
伴い例えば第５図の模式図のように、ステータ６内の円
筒状の空間を挟んでステータ６がＮ極,S極に磁化された
とする。ここでロータ７の有する磁極とステータ６に形
成された磁極とが同極どうし対向する位置関係（同図
（ａ））にあれば、反発の作用によってロータ６が時計
方向に回転運動し（同図（ｂ））、同図（ｃ），（ｄ）
のような過程を経て異極どうしが対向する位置関係（同
図（ｅ））が生じる。そして、この状態となった時点で
駆動手段８に与える電流の方向を反転させるように制御
することにより、ステータ６の磁化方向が逆転し、再び
ロータ７の有する磁極とステータ６に形成された磁極と
が同極どうし対向する位置関係となる。そして同様にし
て反発の作用によりロータ７が回転運動を継続する。
尚、本実施例では、駆動手段８に与える電流の方向を反
転させるための切り替えタイミングの制御により、ロー
タ７の回転方向が時計方向と反時計方向とを交互に繰り
返すようにしている。この場合のタイミング制御は、上
述した磁気式位置検出手段によりロータ７の回転角の情
報を得ることによって行っている。従って、ロータ７は
連続的な揺動運動を行うことができる。そして、この揺
動運動はロータ７から駆動軸11へ、さらに平行リンク機
構を介して支持体13に伝わり、結果的に支持体13は、固
定軸15を中心として第１図中に示す扇状の可動範囲Ｓを
往復する揺動運動を行う。この動きを示したものが第６
図である。駆動軸11の揺動運動によりアーム23が上下方
向に駆動されることにより、支持体13を左右各S/2の範
囲にわたって揺動させていることがわかる。これによ
り、超音波振動子12の超音波放射も扇状の往復放射とな
り、生体内の動きや構造の信号を再び超音波振動子12で
受けることにより、外部のモニタに扇状の画像情報がリ
アルタイムで映し出される。
ここで、前述したように駆動軸11と固定軸15は平行リ
ンク機構にて連結されているため、駆動軸11のいかなる
回転角においても▲▼▲▼，▲▼▲
▼が保たれ、▲▼と▲▼は常に同じ角速度に
て回転する。従って、支持体13の回転角は駆動軸11側の
端部に設けられた磁気式位置検出手段にて正確に検知さ
れ、支持体13の回転角を検知することなく前記可動範囲
Ｓ内での超音波放射方向を正確に制御することができ
る。
ンク機構にて連結されているため、駆動軸11のいかなる
回転角においても▲▼▲▼，▲▼▲
▼が保たれ、▲▼と▲▼は常に同じ角速度に
て回転する。従って、支持体13の回転角は駆動軸11側の
端部に設けられた磁気式位置検出手段にて正確に検知さ
れ、支持体13の回転角を検知することなく前記可動範囲
Ｓ内での超音波放射方向を正確に制御することができ
る。
しかも、伝達手段に平行リンク機構を用いれば、プー
リを用いた従来の方式のようにケーブルに張力を作用さ
せて動力の伝達を行うものではないので、曲げ応力が問
題にならず、これによってスキャナ全体の小形化が制限
されるといったことがない。そして同時に、歯車を用い
た従来の方式のように伝達手段の製作精度がそれほど要
求されず、バックラッシュのような経時変化も発生しな
い。
リを用いた従来の方式のようにケーブルに張力を作用さ
せて動力の伝達を行うものではないので、曲げ応力が問
題にならず、これによってスキャナ全体の小形化が制限
されるといったことがない。そして同時に、歯車を用い
た従来の方式のように伝達手段の製作精度がそれほど要
求されず、バックラッシュのような経時変化も発生しな
い。
そして、平行リンク機構を用いれば、伝達手段を用い
ない方式と異なり、支持体の揺動中心（本実施例では固
定軸15）を任意の位置に設けることができるので、支持
体の揺動半径を十分に小さくすることが可能となる。こ
れによって支持体揺動時の負荷イナーシャは容易に減少
され、振動の発生を極力防止できる。また、支持体の揺
動半径が小さくなることから、必然的にスキャナの径が
小さくでき、スキャナの小形化が容易に達成されるとと
もにその操作性が向上する。そして同時に、揺動半径が
小さくなることから、スキャナの直径を一定とした場合
の支持体の可動範囲が従来よりも広くなるので、超音波
振動子の超音波放射範囲が広くなり、得られる正体内情
報の量が格段に増加する。そしてこのようにすることに
より、特にＢモード操作時に有利となる。
ない方式と異なり、支持体の揺動中心（本実施例では固
定軸15）を任意の位置に設けることができるので、支持
体の揺動半径を十分に小さくすることが可能となる。こ
れによって支持体揺動時の負荷イナーシャは容易に減少
され、振動の発生を極力防止できる。また、支持体の揺
動半径が小さくなることから、必然的にスキャナの径が
小さくでき、スキャナの小形化が容易に達成されるとと
もにその操作性が向上する。そして同時に、揺動半径が
小さくなることから、スキャナの直径を一定とした場合
の支持体の可動範囲が従来よりも広くなるので、超音波
振動子の超音波放射範囲が広くなり、得られる正体内情
報の量が格段に増加する。そしてこのようにすることに
より、特にＢモード操作時に有利となる。
尚、本実施例では、ロータ７の片側にのみ平行リンク
機構を配置したものを説明したが、ロータ７を挟んだ両
側に平行リンク機構を配置してあってもよい。また、第
４図に示す線分▲▼，▲▼，▲▼，▲
▼に関しては、上述した▲▼＝▲▼，▲▼
＝▲▼の関係が成り立つことのみが条件であり、例
えば▲▼と▲▼との関係は▲▼＝▲
▼，▲▼＜▲▼，▲▼＞▲▼のいずれ
であってもよい。これらは機械走査形超音波スキャナの
設計にあたって任意に選択することができる。
機構を配置したものを説明したが、ロータ７を挟んだ両
側に平行リンク機構を配置してあってもよい。また、第
４図に示す線分▲▼，▲▼，▲▼，▲
▼に関しては、上述した▲▼＝▲▼，▲▼
＝▲▼の関係が成り立つことのみが条件であり、例
えば▲▼と▲▼との関係は▲▼＝▲
▼，▲▼＜▲▼，▲▼＞▲▼のいずれ
であってもよい。これらは機械走査形超音波スキャナの
設計にあたって任意に選択することができる。
更に、本実施例においては上述したように、第７図
（ａ）のような薄肉部で一体的に連結した閉スロット形
状のステータ６を用いている。このようなステータ６を
用いた場合の、ロータ７の回転位置とロータ７に発生す
るトルクとの関係（実測値）を第８図に示す。尚、図示
した曲線は励磁コイル５へ通電する電流と励磁コイル５
の巻回数との積を表す等高線である。また、比較のため
第７図（ｂ）に開スロット形状のステータ36を、そして
第７図（ｃ）には開スロット形状のステータの円筒状の
空間の内周面に複数の凹凸（内歯）を形成してなる歯付
開スロット形状のステータ46を示し、これらの形状のス
テータ36,46を用いた場合の実測値を第９図，第10図に
示す。尚、ここでグラフを形成する曲線は、励磁コイル
５へ通電する電流と励磁コイル５の巻回数との積を示し
ており、縦軸はロータ７に発生するトルク、横軸はロー
タ７の回転角にそれぞれ対応している。
（ａ）のような薄肉部で一体的に連結した閉スロット形
状のステータ６を用いている。このようなステータ６を
用いた場合の、ロータ７の回転位置とロータ７に発生す
るトルクとの関係（実測値）を第８図に示す。尚、図示
した曲線は励磁コイル５へ通電する電流と励磁コイル５
の巻回数との積を表す等高線である。また、比較のため
第７図（ｂ）に開スロット形状のステータ36を、そして
第７図（ｃ）には開スロット形状のステータの円筒状の
空間の内周面に複数の凹凸（内歯）を形成してなる歯付
開スロット形状のステータ46を示し、これらの形状のス
テータ36,46を用いた場合の実測値を第９図，第10図に
示す。尚、ここでグラフを形成する曲線は、励磁コイル
５へ通電する電流と励磁コイル５の巻回数との積を示し
ており、縦軸はロータ７に発生するトルク、横軸はロー
タ７の回転角にそれぞれ対応している。
第７図（ａ）のように閉スロット形状のステータ６と
すると、第８図に示すように、励磁コイル５へ通電する
電流と励磁コイル５の巻回数との積（起磁力）が０であ
る曲線は、ロータ７のあらゆる回転角において発生する
トルク０の軸に一致している。これは、励磁コイル５に
通電しない状態のときに、永久磁石であるロータ７とス
テータ６との間に吸引力が発生しないことを意味してい
る。尚、起磁力＝０でのトルクをコギングトルクとい
う。ここで第８図と第９図との比較をすると、第９図に
示す開スロット形状にはコギングトルクが存在すること
がわかる。つまりコギングトルクの発生はステータの薄
肉部の有無に依存しているのである。従って、薄肉部を
設けて閉スロット形状のステータ６とすると、Ｍモード
制御を行いたい場合、超音波振動子12が所望の位置に移
動した時点で励磁コイル５への通電を停止すると、必ず
コギングトルクが０となるから、その位置でロータ７を
完全に停止ホールドさせることができる。従って、超音
波振動子12の可動範囲Ｓ内のいかなる角度条件において
もＭモードを容易に実現することができる。
すると、第８図に示すように、励磁コイル５へ通電する
電流と励磁コイル５の巻回数との積（起磁力）が０であ
る曲線は、ロータ７のあらゆる回転角において発生する
トルク０の軸に一致している。これは、励磁コイル５に
通電しない状態のときに、永久磁石であるロータ７とス
テータ６との間に吸引力が発生しないことを意味してい
る。尚、起磁力＝０でのトルクをコギングトルクとい
う。ここで第８図と第９図との比較をすると、第９図に
示す開スロット形状にはコギングトルクが存在すること
がわかる。つまりコギングトルクの発生はステータの薄
肉部の有無に依存しているのである。従って、薄肉部を
設けて閉スロット形状のステータ６とすると、Ｍモード
制御を行いたい場合、超音波振動子12が所望の位置に移
動した時点で励磁コイル５への通電を停止すると、必ず
コギングトルクが０となるから、その位置でロータ７を
完全に停止ホールドさせることができる。従って、超音
波振動子12の可動範囲Ｓ内のいかなる角度条件において
もＭモードを容易に実現することができる。
また、第９図と第10図との比較をすると、第10図に示
す歯付開スロット形状にはコギングトルクが存在するも
のの、その数値は小さく、しかもコギングトルクが０と
なる角度条件がいくつかあることがわかる。これは、内
歯を付与（増加）することによりコギングトルクが分散
され、ピーク値が減少するためである。従って、開スロ
ット形状のステータにてＭモードの制御性を向上させる
には、円筒状の空間の内周に内歯を設ければよく、更に
好ましくは、この内歯の数をできるだけ多くしてコギン
グトルクをできるだけ分散させるようにすればよい。
す歯付開スロット形状にはコギングトルクが存在するも
のの、その数値は小さく、しかもコギングトルクが０と
なる角度条件がいくつかあることがわかる。これは、内
歯を付与（増加）することによりコギングトルクが分散
され、ピーク値が減少するためである。従って、開スロ
ット形状のステータにてＭモードの制御性を向上させる
には、円筒状の空間の内周に内歯を設ければよく、更に
好ましくは、この内歯の数をできるだけ多くしてコギン
グトルクをできるだけ分散させるようにすればよい。
［発明の効果］ 以上のように伝達手段として平行リンク機構を用いた
本発明によれば、機械走査形超音波スキャナの小形化，
長寿命化が達成され、支持体の回転半径を十分に小さく
することができる。
本発明によれば、機械走査形超音波スキャナの小形化，
長寿命化が達成され、支持体の回転半径を十分に小さく
することができる。
第１図および第２図は本発明の実施例を示す機械走査形
超音波スキャナの側断面図、第３図は第２図中のＡ−Ａ
線による正断面図、第４図は第２図中のＢ−Ｂ線による
側断面図、第５図は本発明の駆動方式を示す模式図、第
６図は平行リンク機構を用いた揺動運動を示す図、第７
図は本発明で使用したステータおよびその他のステータ
の形状を示す断面図、第８図乃至第10図は第７図のステ
ータによる角度−トルク特性を示すグラフ、第11図およ
び第12図は従来の機械走査形超音波スキャナを示す断面
図である。 ５……励磁コイル 6,36,46……ステータ ７……ロータ ８……駆動手段 11……駆動軸 12……超音波振動子 13……支持体 15……固定軸（揺動軸） 20……ジョイント 21a,21b……軸 23……アーム 25……ホルダ 50……機械走査形超音波スキャナ
超音波スキャナの側断面図、第３図は第２図中のＡ−Ａ
線による正断面図、第４図は第２図中のＢ−Ｂ線による
側断面図、第５図は本発明の駆動方式を示す模式図、第
６図は平行リンク機構を用いた揺動運動を示す図、第７
図は本発明で使用したステータおよびその他のステータ
の形状を示す断面図、第８図乃至第10図は第７図のステ
ータによる角度−トルク特性を示すグラフ、第11図およ
び第12図は従来の機械走査形超音波スキャナを示す断面
図である。 ５……励磁コイル 6,36,46……ステータ ７……ロータ ８……駆動手段 11……駆動軸 12……超音波振動子 13……支持体 15……固定軸（揺動軸） 20……ジョイント 21a,21b……軸 23……アーム 25……ホルダ 50……機械走査形超音波スキャナ
Claims (5)
- 【請求項１】揺動運動可能に支持された超音波振動子
と、 前記超音波振動子の揺動軸と略平行に駆動軸を有し、こ
の駆動軸を揺動駆動する駆動力を発生する駆動手段と、 前記駆動手段の前記駆動軸と前記超音波振動子の前記揺
動軸とを連結することにより、前記駆動手段の駆動力を
前記超音波振動子に伝達する平行リンク機構と を有することを特徴とする機械走査形超音波スキャナ。 - 【請求項２】内周に円筒状空間を有する閉スロット形状
のステータと、 永久磁石を備え前記ステータの円筒状空間に配置されて
電磁力により揺動駆動されるロータと、 前記ロータに接続されて揺動運動を行う超音波振動子と を有することを特徴とする機械走査形超音波スキャナ。 - 【請求項３】内周に凹凸が形成された円筒状空間を有す
る開スロット形状のステータと、 永久磁石を備え前記ステータの円筒状空間に配置されて
電磁力により揺動駆動されるロータと、 前記ロータに接続されて揺動運動を行う超音波振動子と を有することを特徴とする機械走査形超音波スキャナ。 - 【請求項４】音響伝播媒体が充填されたシールドケース
と、 前記シールドケース内に揺動運動可能に支持され、駆動
手段により揺動運動する超音波振動子と、 一部が前記シールドケースに固定され、前記超音波振動
子の揺動角度を非接触で検出する磁気式位置検出手段と を有することを特徴とする機械走査形超音波スキャナ。 - 【請求項５】音響伝播媒体が充填されたシールドケース
と、 前記シールドケース内に揺動運動可能に支持され、駆動
手段により揺動運動する超音波振動子と、 前記シールドケース内の前記音響伝播媒体を加圧する加
圧手段と を有することを特徴とする機械走査形超音波スキャナ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1241862A JP2758229B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 機械走査形超音波スキャナ |
| US07/472,880 US5088495A (en) | 1989-03-27 | 1990-01-31 | Mechanical ultrasonic scanner |
| DE69015400T DE69015400T2 (de) | 1989-03-27 | 1990-01-31 | Mechanischer Ultraschallabtaster. |
| EP90301023A EP0390311B1 (en) | 1989-03-27 | 1990-01-31 | Mechanical ultrasonic scanner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1241862A JP2758229B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 機械走査形超音波スキャナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03106349A JPH03106349A (ja) | 1991-05-02 |
| JP2758229B2 true JP2758229B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=17080629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1241862A Expired - Fee Related JP2758229B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-09-20 | 機械走査形超音波スキャナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2758229B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004305451A (ja) * | 2003-04-08 | 2004-11-04 | Honda Electronic Co Ltd | 超音波プローブユニット及び超音波診断装置 |
| CN114993544A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-09-02 | 安徽建筑大学 | 一种桥梁结构应力检测装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5262991A (en) * | 1975-11-20 | 1977-05-24 | Hitachi Medical Corp | Ultrasonic diagnostic scanning device |
| JPS5864308U (ja) * | 1981-10-27 | 1983-04-30 | 富士通株式会社 | 超音波診断装置 |
-
1989
- 1989-09-20 JP JP1241862A patent/JP2758229B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03106349A (ja) | 1991-05-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |