WO2013187062A1

WO2013187062A1 - 超音波探触子

Info

Publication number: WO2013187062A1
Application number: PCT/JP2013/003692
Authority: WO
Inventors: 道代平山; 英男本郷
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2013-12-19
Also published as: CN104488289B; JP6168054B2; US20150148680A1; CN104488289A; JPWO2013187062A1

Abstract

　本開示技術は超音波探触子に関し、ハウジング及びハウジング部材の割れなどを防止し、安全性を確保することを目的とする技術が開示され、その技術によればハウジング１０の内部に少なくとも圧電素子部３を含む１つ以上の要素を収納している超音波探触子１２において、ハウジングが相互に接合される複数のハウジング部材１、２で構成され、ハウジング内部にハウジング部材同士の接合面に垂直な方向以外の方向に伸長する部分を有する突起部１ａ、２ａを有し、突起部及び前記ハウジングの内部に収納される要素を包むようにハウジングの内部をモールド材７で充填することにより超音波探触子を構成した。突起部は、ハウジング部材と一体成型したり、あるいはこれに固定することができる。また他の態様として、突起部をハウジング内部に収納される要素に固定することもできる。

Description

超音波探触子

　本開示技術は、体表若しくは体腔内から体内臓器を観察確認し、診断するのに用いる超音波探触子に関する。

　従来の超音波探触子の構成は、圧電素子部や電気信号線などを内部に包含したハウジング（ケーシング、あるいはハウジングケースなどと称されることもある）があり、電気信号線などをハウジング内部に固定するとともに、信号線間の電気的な分離性を向上させるため、ハウジングの内側は、合成樹脂モールドで充填されている（例えば下記の特許文献１参照）。

　また、ハウジングは、２つ以上の複数のハウジング部材を組み合わせて構成されており、電気信号線などをハウジング内部に収めて、複数のハウジング部材同士を接着剤で接着してから、ハウジングの内側を合成樹脂モールドで充填させている（例えば下記の特許文献２参照）。

特開平１０－８５２１９号公報（要約、図１）特開平１１－３１８８９７号公報（００２４～００２８、図１）

　しかしながら、上記従来の構成のように複数のハウジング部材で構成されるハウジングは、ハウジング自体とモールド材の合成樹脂材料の違いによる熱膨張や熱収縮が異なるため、その接合面において、ハウジング部材相互の分離などが発生するという課題を有していた。さらに、掃除などで払拭する際の曲げや捻りの外力による過負荷応力でのハウジングの割れの課題も有していた。

　本開示技術の一態様は、上記従来の課題を解決するもので、ハウジングの割れを防止し、安全性の高い超音波探触子を提供することができる。

　本開示技術の一態様によれば、ハウジングの内部に少なくとも圧電素子部を含む１つ以上の要素を収納している超音波探触子であって、前記ハウジングは相互に接合される複数のハウジング部材で構成され、前記ハウジング内部に前記ハウジング部材同士の接合面に垂直な方向以外の方向に伸長する部分を有する突起部を有し、前記突起部及び前記ハウジングの内部に収納される前記要素を包むように前記ハウジングの内部をモールド材で充填して構成された超音波探触子が提供される。

　また前記突起部は、前記接合面に垂直な方向以外に伸長する前記部分に加えて、前記接合面に垂直な方向に伸長する部分をも有していることは好ましい一態様である。

　また前記ハウジングに収納されるケーブルを備え、前記突起部は、前記ケーブルの軸方向においてハウジング部材のうち超音波を送受信する先端部とその反対側の端部の中間地点よりも前記先端部側に位置していることは好ましい一態様である。

　また前記突起部は、前記ハウジング部材と一体に成型されているか、あるいは前記ハウジング部材に固定されていることは好ましい一態様である。

　また前記突起部は、前記ハウジングに収納される前記要素の少なくとの１つと一体に成型されているか、あるいは前記要素の少なくとも１つに固定されていることは好ましい一態様である。

　また前記突起部は金属からなる部材を含むことは好ましい一態様である。

　またハウジングの内部を充填する前記モールド材がエポキシ樹脂であることは好ましい一態様である。

　また前記ハウジングの内部を充填する前記モールド材がウレタン樹脂であることは好ましい一態様である。

　また前記ハウジングの内部を充填する前記モールド材がエポキシ樹脂とウレタン樹脂の２層であることは好ましい一態様である。

　本開示技術の一態様によれば、上記構成を採用したので、ハウジングあるいはそれを構成するハウジング部材とモールド材の合成樹脂材料違いによる熱膨張や熱収縮の差異や、曲げや捻りの外力による過負荷応力によるハウジング部材相互の分離などの発生を効果的に防止することができ、安全性が向上される。

本開示技術の超音波探触子の実施の形態１の斜視図本開示技術の超音波探触子の実施の形態１の分解斜視図本開示技術の超音波探触子の実施の形態１の縦断面図本開示技術の超音波探触子の実施の形態１のハウジング部材の正面図図３のＡ－Ａ断面図図３のＢ－Ｂ断面図本開示技術の超音波探触子の実施の形態２の分解斜視図本開示技術の超音波探触子の実施の形態２のハウジング部材の正面図本開示技術の超音波探触子の実施の形態２の縦断面図図９のＡ－Ａ断面図図９のＢ－Ｂ断面図

　以下、本開示技術の超音波探触子（超音波プローブ、あるいは単にプローブとも言う）の実施の形態を、添付図面を用いて説明する。
　図１は、本開示技術の超音波探触子の実施の形態1及び実施の形態2の斜視図であり、超音波探触子１２の一例の外観を示す。なお、本開示技術は、この外観に示されたリニア走査型の超音波探触子に限定されるものではなく、コンベックス走査型や電子セクタ走査型など、さらに、体表からの超音波診断用に限らず体腔内からの超音波探触子にも適用可能である。図１に示されるように、超音波探触子１２の主要部は、ハウジング１０と、その内部に収納された要素からなる。

（実施の形態１）
　図２は、本開示技術の超音波探触子の実施の形態1の分解斜視図である。超音波探触子の主な構造は、超音波を送受信する圧電素子部３と、電気信号を超音波診断装置（図示せず）に伝達するケーブル５と、圧電素子部３とケーブル５を接続する電気信号線結線部４と、それらを覆うとともに操作者の把持部となるハウジング１０（図１参照）を備えている。なお、ハウジング１０は、複数のハウジング部材で構成することができ、図２の例では、ハウジング部材１と他のハウジング部材２の２つのハウジング半体の組み合わせで構成されている。図3は、実施の形態１の縦断面図であり、図５、図６は、それぞれ図３における線Ａ－Ａと線Ｂ－Ｂでのそれぞれの断面における矢印方向に見た図断面図である。また、図４はハウジング部材１の正面図である。

　ハウジング部材１とハウジング部材２は、圧電素子部３と電気信号線結線部４とケーブル５及びケーブル５の急激な折り曲げなどによる断線を防止するケーブルブッシュ６などの内部構成部品を組み合わせた後に、それらをハウジング部材１及びハウジング部材２で覆うように組み合わせて接着剤（例えば、シリコーン接着剤など）で接着させてハウジング部材１とハウジング部材２を一体化する。ハウジング部材１とハウジング部材２が一体化された後に、内部構成を固定や、電気信号の短絡防止のための電気的な分離性を向上させ、並びに、圧電素子部と電気信号線の電気的接続などのコネクタ接続やハンダ接続の分離を防止するために、合成樹脂モールド充填口１ｂ（図３では２ｂ）から熱硬化性又は自然硬化性などの合成樹脂モールド材７の液を注入し、注入した後にハウジング内で硬化させ合成樹脂モールド充填口１ｂは、外観から見えないようにキャップ８で覆うようにする。

　本開示技術の超音波探触子の実施の形態1の特徴について、図３、図５及び図５を用いて詳しく説明する。図５や図６の断面図で示したとおり、ハウジング部材１とハウジング部材２に、ハウジング部材同士の接合面（相互に接触して接合される端部を含む面、図５ではハウジング部材１、２の間にあって、図中略中央部を左右に伸長する線を含んでいて、かつ紙面に垂直な面）に垂直な方向以外の方向（図３における左右方向）に伸長する部分をそれぞれ有する突起部１ａと突起部２ａが設けられており、それらの突起部１ａ、２ａの上記伸長する部分を抱き込むように合成樹脂モールド材７が流れて、その後硬化する。すなわち、突起部１ａ、２ａにそれぞれ設けられている上記伸長する部分が、ハウジング部材１とハウジング部材２が離間する方向（相互の接合面に垂直な方向）とは異なる方向に伸長しているので、ハウジング部材１とハウジング部材２の相互の引き合う力と相互固定が強固なものとなり、合成樹脂材料の熱膨張や熱収縮の差異や、曲げや捻りの外力によって、接合面の平面に対して垂直な方向にハウジング部材が分離しようとするのを防止することができる。
　突起の形状は、図５において、ハウジング部材からハウジング内部方向に向かって、ハウジング部材同士の接合面に垂直な方向に延びる第１の部分と、接合面に対して水平方向に延び、第１の部分においてハウジング部材と第１の部分の接点と異なる端部に略中央部が接続されている第２の部分からなる、いわゆるＴ字型をしているが、これに限られない。ハウジング部材から離間した位置において、ハウジング部材同士の接合面に垂直な方向以外の方向に伸長する部分を有していればよい。ハウジング部材からハウジング内部方向に向かって、ハウジング部材同士の接合面に垂直な方向に延びる第１の部分と、第１の部分においてハウジング部材と第１の部分の接点から離間した位置から、接合面に対して垂直以外の方向に延びる第２の部分を有する構造であってもよい。また、後述する第２の実施形態で記載するとおりいわゆるＪ字型をしていてもよいし、いわゆるＨ字型をしていてもよい。Ｈ字型とは、前述のＴ字型の第２の部分の両端にハウジング部材同士の接合面に垂直な方向に延びる第３の部分を有する。もしくは、ハウジング部材同士の接合面に水平な方向に延びる第１の部分と、第１の部分の略中央から接合面に垂直な方向に延びる第２の部分と、第２の部分において第１の部分と接続されている端部とは異なる端部に、接合面に水平な方向に延びる第３の部分を有するようなＨ字形状が、例えば第１の部分においてハウジング部材に接続されているような形状でもよい。Ｈ字形状とハウジング部材との接続は、第１の部分に対して垂直な方向に延びる１以上の部材で接続されていてもよい。
　なお、突起部１ａと突起部２ａは、それぞれハウジング部材１とハウジング部材２と一体成型することもできるし、後述する実施の形態２のように別部品として提供して、ハウジング部材１とハウジング２にそれぞれ固定することもできる。

（実施の形態２）
　図７は、本開示技術の超音波探触子の実施の形態２の分解斜視図である。実施の形態２において実施の形態１と同一の部材は、同一参照番号あるいは同一参照符号で、また、同一ではないが、対応する部材は、実施の形態１で用いた参照番号や参照符号に「’」を付けて示している。また、図８は、実施の形態２におけるハウジング部材１’の正面図である。プレート９は、ハウジング部材１’のうち、ケーブル軸方向においてキャップ側の端部付近からプローブ先端側に向かって、ハウジング部材のプローブ先端側と、その逆の端部の中間地点よりもプローブ先端側まで延伸している。また、プレート９は、両端部と中央部においてネジ締結で固定されている。図９は、実施の形態２の縦断面図であり、図１０、図１１は、それぞれ図９における線Ａ－Ａと線Ｂ－Ｂでのそれぞれの断面における矢印方向に見た断面図である。実施の形態１との違いは、上述のように実施の形態１ではハウジング部材１とハウジング部材２の内壁にこれらと一体成型で設けた突起部を別部品で構成することである。実施の形態２では、単純な形状の金型とするため、ハウジング部材１及びハウジング部材２の内壁に設けたリブにプレート９を溶着固定して突起部を構成する。その後の構成は、実施の形態１と同じである。なお、ハウジング部材１及びハウジング部材２の内壁に設けたリブへのプレート９の固定は、接着やネジ締結、もしくはその両方によって接続してもよい。このような構成とすることで、ハウジング部材１及びハウジング部材２にアンダーカット構成となるような突起を形成しないため金型を単純にすることができる。

　また、プレート９は、金属製（例えばステンレス鋼）でもよく、その場合、合成樹脂のみで構成した場合に比べて剛性が高まり、外力からの応力に対する耐性がより向上する。
　さらに、プレート９が平板ではなく、図１０のように超音波探触子の長手方向から見た断面においてＪ字型であると、曲げや捻りに対してより剛性が高まる。Ｊ字型とは、ハウジング部材の接合面に対して水平方向に延びる第１の部分と、第１の部分の一方の端部に、接合面に対して垂直方向に延びる第２の部分が接続されており、第２の部分における第１の部分が接続されている端部とは異なる端部に接合面に対して水平方向に延びる第３の部分が接続され、第３の部分の長さは第１の部分の長さよりも短いようなＪ字形状が、例えば第１の部分においてハウジング部材に接続されているような形状をいう。なお、第２の部分は婉曲した形状で第１の部分と第３の部分になめらかに接続されている。Ｊ字形状とハウジング部材との接続は、第１の部分に対して垂直な方向に延びる部材で接続されていてもよい。また、かかる断面形状は、Ｊ字型ではなく第１の実施形態で述べたようなＨ字型でもＴ字型などでもよく、ハウジング部材から離間した位置において、ハウジング部材同士の接合面に垂直な方向以外の方向に伸長する部分を有していればよい。ハウジング部材からハウジング内部方向に向かって、ハウジング部材同士の接合面に垂直な方向に延びる第１の部分と、第１の部分においてハウジング部材と第１の部分の接点から離間した位置から、接合面に対して垂直以外の方向に延びる第２の部分を有する構造であってもよい。Ｈ字型でもＴ字型などでも剛性向上の効果に大きな差異はないが、Ｊ字にすることでハウジング部材１やハウジング部材２への溶着スペースが確保され作業性が良く、ハウジング部材１とハウジング部材２への溶着固定のプレート９のＪ字方向を逆にすることで、ハウジング部材１とハウジング部材２の固定が強固となるとともに、質量バランスが保たれる。なお、ハウジング部材１とハウジング部材２に接続するプレート９は、同一の形状のものを点対称となるようにそれぞれの部材に接続することが好ましい。

　加えて、金属製のプレート９を用いた場合、絶縁処理を施すことで、電気信号線結線部４などのＧＮＤ処理部と接触することによる電気的な影響を防止することがでる。絶縁処理の方法としては、合成樹脂被膜や焼付塗装，クロムメッキなどがある。

　実施の形態１及び実施の形態２における合成樹脂モールド材７は、例えばエポキシ樹脂や、発泡ウレタン樹脂などがある。また、それらを併用して２層構造などとしてもよい。

　上記実施の形態１及び実施の形態２では、ハウジングが２つのハウジング部材で構成されていたが、ハウジングは２つのハウジング部材のみに限らず、２以上の任意の数のハウジング部材によって構成することができる。また、これら複数のハウジング部材は、実施の形態１及び実施の形態２のように長手方向あるいはケーブル軸方向を中心として、その放射方向（横方向）に分割されたハウジング部材である必要はなく、例えば、長手方向あるいはケーブル軸方向（縦方向）に分割されたハウジング部材であってもよい。

　なお、実施の形態１や実施の形態２いずれにおいても、突起部は、ケーブル軸方向において、少なくとも電気信号線結線部４が存在する位置には形成されていることが好ましい。
　また、ハウジング部材同士の分離の問題は、キャップ８によってハウジング部材同士の接続を補助されていない、キャップ８側から離れたプローブ先端に近い位置ほど生じやすくなる。したがって、実施の形態１及び実施の形態２で説明した突起部はケーブル軸方向においてハウジング部材のプローブ先端側と、その反対側の端部の中間地点、すなわち超音波探触子の長手方向の中間地点よりもプローブ先端側に設けることがより効果的である。なお、突起部の形状は実施の形態１や実施の形態２で説明したように、直線的である必要はなく、ケーブル軸方向に向かって複数の突起が断続的に設けられていたり、複数列にわたって設けられていてもよい。

　また、実施の形態１では、突起部はハウジング部材１、２と一体成型され、また実施の形態２では、ハウジング部材１、２に固定されているが、これに限らず突起部は、電気信号線結線部やケーブル部などのハウジングの内部に収納される要素の１つ以上と一体に構成したり、あるいはかかる要素の１つ以上に固定することもできる。すなわち、かかる構成にあっても、ハウジング部材同士の分離を防止する効果があるのである。しかし、ハウジング部材自体に突起を設けた方が、それ以外と比較して、より強くハウジング部材同士の分離を防止できるので、必要に応じて、適宜適切な構成を選択することができる。

　以上の説明から明らかなように、本開示技術にかかる超音波探触子は、上記構成を採用することによりハウジング部材とモールド材の合成樹脂材料違いによる熱膨張や熱収縮の差異や、曲げや捻りの外力による過負荷応力によるハウジングの割れなどの発生を防止することができるなどとして有用であり、超音波探触子の安全性確保に適用できる。よって、超音波探触子の設計、製造に関連する産業並びに、超音波探触子を用いる医療、検診産業、各種製品の比破壊検査を行う産業などにおいて広く利用可能である。

Claims

ハウジングの内部に少なくとも圧電素子部を含む１つ以上の要素を収納している超音波探触子であって、
前記ハウジングは相互に接合される複数のハウジング部材で構成され、
前記ハウジング内部に前記ハウジング部材同士の接合面に垂直な方向以外の方向に伸長する部分を有する突起部を有し、
前記突起部及び前記ハウジングの内部に収納される前記要素を包むように前記ハウジングの内部をモールド材で充填して構成された超音波探触子。
　前記突起部は、前記接合面に垂直な方向以外に伸長する前記部分に加えて、前記接合面に垂直な方向に伸長する部分をも有している請求項１に記載の超音波探触子。
　前記ハウジングに収納されるケーブルを備え、
前記突起部は、前記ケーブルの軸方向においてハウジング部材のうち超音波を送受信する先端部側とその反対側の端部の中間地点よりも前記先端部側に位置している請求項１に記載の超音波探触子。
　前記突起部は、前記ハウジング部材と一体に成型されているか、あるいは前記ハウジング部材に固定されている請求項１に記載の超音波探触子。
　前記突起部は、前記ハウジングに収納される前記要素の少なくとの１つと一体に成型されているか、あるいは前記要素の少なくとも１つに固定されている請求項１に記載の超音波探触子。
　前記突起部は金属からなる部材を含む請求項１に記載の超音波探触子。
　前記ハウジングの内部を充填する前記モールド材がエポキシ樹脂である請求項１に記載の超音波探触子。
　前記ハウジングの内部を充填する前記モールド材がウレタン樹脂である請求項１に記載の超音波探触子。
　前記ハウジングの内部を充填する前記モールド材がエポキシ樹脂とウレタン樹脂の２層である請求項１に記載の超音波探触子。