| 【発明の名称】 |
超音波振動子及びその装着方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】田中 俊積
【住所又は居所】埼玉県さいたま市北区植竹町１丁目３２４番地 富士写真光機株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】治具により超音波振動子を保持しても、圧電体に殆どストレスが作用せず、超音波振動子の支持部材への位置決め及び載置時に圧電体を破損させたり、損傷させたりすることなく円滑かつ確実に行えるようにする。
【解決手段】超音波振動子１０を支持部材１６の設置面１６ｂに対して所定の位置に配置するように調整を行う際に、ピンセット１７を用いてバッキング材１４から前方に突出した保持部１４ａを挟み込むことができ、バッキング材１４の保持部１４ａは超音波振動子１０の支持部材１６に固着された後に、切断されて除去される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧電体と、この圧電体の超音波出射面側に積層された音響整合層と、その反対側に装着され、実質的に弾性部材からなるバッキング材とから構成され、フレキシブルシャフトの先端に設けた支持部材に固定され、前記フレキシブルシャフト内に挿通される信号ケーブルを接続した超音波振動子において、
前記バッキング材に、前記支持部材に装着する際に所定の治具により保持される保持部が一体的に設けられており、
この保持部は前記支持部材からはみ出すようにして装着されるものであり、
このはみ出し部分は切断により除去可能な
構成としたことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
少なくとも圧電体と、この圧電体の超音波出射面側に積層された音響整合層と、その反対側に装着され、実質的に弾性部材からなるバッキング材とから構成され、フレキシブルシャフトの先端に設けた支持部材に固定する方法において、
前記バッキング材に治具により保持可能な保持部を一体的に設けて、前記圧電体に接続した信号ケーブルを前記フレキシブルシャフト内に挿通させて、前記保持部を治具により保持させた状態で前記超音波振動子を前記支持部材に対して位置決めし、
前記バッキング材を支持部材に接着により固定し、
前記バッキング材のうち、前記支持部材からはみ出した保持部を切断して除去する
ことを特徴とする超音波振動子の組み付け方法。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療分野等に用いられる超音波プローブであって、細い通路を有するガイド部材にガイドされて体腔内に挿入されるか、または細い体腔管の内部に直接挿入される小型の超音波振動子と、この超音波振動子をその支持部材に装着する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
体腔内に挿入されて、体腔内壁から超音波の送受信を行う超音波診断装置は、超音波観測装置と、この超音波観測装置に接続した超音波プローブとから構成される。超音波プローブは体腔内に挿入されるものであって、この体腔内に導くために、内視鏡の処置具挿通チャンネルをガイド手段とするものがあり、また血管等の細い体腔管内に超音波プローブが直接挿入されるものもある。いずれにしろ、超音波プローブは細い可撓性部材から構成される。
【０００３】
細径の超音波プローブは小型の超音波振動子を用いる関係から、その走査方式としてはメカニカル走査方式が採用される。走査方向としては、超音波振動子を直線的に移動させるリニア走査と、回転方向に走査させるラジアル走査とが代表的なものである。例えば、ラジアル走査を行うタイプの超音波プローブの構成としては、例えば図７及び図８に示したものが従来から広く用いられている。
【０００４】
而して、これらの図において、超音波プローブ１は、可撓性スリーブ２を有し、この可撓性スリーブ２の先端部には先端キャップ２aが連設されて、先端閉塞部を構成している。そして、先端キャップ２a内には超音波振動子３が装着されている。超音波振動子３は支持部材４に固定的に支持されており、この支持部材４には密着コイル等からなるフレキシブルシャフト５が連結されている。フレキシブルシャフト５の基端部には回転軸６が連結して設けられている。また、可撓性スリーブ２の基端部には硬質リング７が連結して設けられており、回転軸６は硬質リング７から所定の長さだけ突出しており、この回転軸６は硬質リング７内で摺動回転可能となっている。これら回転軸６及び硬質リング７により超音波観測装置（図示せず）に直接または所定の構造を有する接続部材を介して着脱可能に接続されるコネクタが構成される。回転軸６を回転駆動すると、この回転力が超音波振動子３を装着した支持部材４にまで伝達されて、超音波振動子３が遠隔操作で回転駆動される。この回転時において、所定の角度毎に超音波パルスを送受信することによりラジアル超音波走査が行われる。
【０００５】
超音波振動子３は、図８に示したように、圧電体３ａに音響整合層３ｂを積層したものから構成され、この圧電体３ａの反対側の面にはバッキング材３ｃが装着される。さらに、音響整合層３ｂ上に音響レンズを装着したものもある。そして、圧電体３ａに電圧を印加すると、音響整合層３ｂ側から超音波パルスが送信され、体内組織の断層部からの反射エコーが圧電体３ａによって受信されて、電気信号に変換される。この反射エコー信号を超音波観測装置で所定の手順に応じた信号処理を行うことによって、体内組織の断層像に関するデータが得られ、モニタ画面に超音波断層像として表示される。
【０００６】
従って、超音波振動子３には超音波観測装置から駆動信号が入力され、また超音波振動子３で受信した反射エコー信号を超音波観測装置に伝送するために、信号ケーブル８が接続して設けられる。この信号ケーブル８はフレキシブルシャフト５内に挿通されて、その他端が回転軸６に接続される。超音波プローブ１を組み立てる際には、超音波振動子３に接続した信号ケーブル８は支持部材４を連結した先端側からフレキシブルシャフト５内に挿通させる。このときには、フレキシブルシャフト５の基端部から回転軸６を分離させておき、信号ケーブル８がフレキシブルシャフト５の基端部から導出された後に、超音波振動子３を支持部材４に対して位置決めし、接着剤を用いて固定する。また、回転軸６をフレキシブルシャフト５に連結し、さらに可撓性スリーブ２内に、支持部材４に超音波振動子３が装着されているフレキシブルシャフト５を挿入して、この可撓性スリーブ２の基端部に設けた硬質リング７を回転軸６に嵌合させる。
【０００７】
ところで、超音波振動子３を構成する圧電体３ａの材料としては、セラミックスや合成樹脂等が実用化されているが、感度等の点からはセラミックス材の圧電体が優れている。細径の超音波プローブに装着される超音波振動子３は、一般的に、体内組織のうち、主に至近距離にある組織情報を取得するために用いられるものであり、このためには高い解像度が要求される。従って、超音波振動子３から送信される超音波を高い振動周波数とするために、超音波振動子３を構成する圧電体３ａの厚みは例えば概略５０μｍというように極めて薄いものが用いられる。このようにセラミックス製で厚みの薄い圧電体３ａはバッキング材３ｃ上に貼着されるが、このバッキング材３ｃは、通常金属粉を分散させたゴム材から構成されるものであり、実質的に弾性を有する部材である。
【０００８】
超音波プローブ１を組み立てるに当たって、信号ケーブル８をフレキシブルシャフト５に挿通させる間、若しくは少なくとも挿通させた後に超音波振動子３を支持部材４に対して位置決めする際に、例えばピンセット等の治具により超音波振動子３を保持して、支持部材４の所定の位置に載置するが、このときに治具は超音波振動子３に対して上下から挟み込むようにするか、若しくはバッキング材３ｃを左右から挟み込むようにして保持することになる。バッキング材３ｃは弾性部材から構成されているので、超音波振動子３を治具でいずれの方向から挟み込むにしても、バッキング材３ｃに歪みが生じることになる。その結果、セラミックスという硬質部材で厚みの薄い圧電体３ａに大きなストレスが作用して、容易に破損乃至損傷してしまうという問題点がある。
【特許文献１】特開平１１−２７６４８６号公報
【特許文献２】特開２０００−１４３３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明が解決しようとする問題点は、超音波振動子を支持部材に装着するために治具で挟み込むと、圧電体に大きなストレスが作用することから、極めて慎重に取り扱わなければ破損乃至損傷を来たす点である。このために、超音波振動子を支持部材の所定の位置に正確に組み込む作業は高い熟練を必要とするものであり、かつ極めて面倒かつ長時間を要することから、その作業性が悪いという問題点が生じる。
【００１０】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、超音波振動子を支持部材の所定の位置に位置決めするために、治具により超音波振動子を保持しても、その圧電体に殆どストレスが作用せず、超音波振動子の支持部材への位置決め及び載置を、この超音波振動子を構成する圧電体を破損させたり、損傷させたりすることなく円滑かつ確実に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、超音波振動子を支持部材に対して所定の位置関係となるようにして装着するために、この超音波振動子を治具で挟み込むようにして保持するが、この超音波振動子を構成するバッキング材に、本来バッキング材として機能する部分に加えて保持部を設けて、この保持部をピンセット等の治具により保持させる構成としている。ここで、保持部はバッキング材を長さ方向、幅方向または厚み方向のいずれかに延在させたものである。例えば、バッキング材を圧電体の装着部から前方、つまり信号ケーブルの引き出し方向とは反対方向に向けて延長させると、この保持部を治具で挟み込んだときに、保持部が多少圧縮されたとしても、圧電体を変形させるようなストレスが作用しない。また、バッキング材を本来の厚み寸法より十分厚くすることによっても、圧電体を変形させる等のおそれがなくなる。
【００１２】
超音波振動子を支持部材に装着するに当たって、バッキング材に設けた保持部は長さ方向若しくは幅方向に延在させた場合には、支持部材側には格別の加工を行う必要はなく、保持部は支持部材の前方または側方に突出するようにはみ出した状態に組み付けられる。また、バッキング材の厚みを増すことにより保持部を構成する場合には、この支持部材に超音波振動子を挿通させる透孔を形成して、超音波振動子をこの透孔の下方から挿入する。従って、保持部は支持部材の下方にはみ出すことになる。
【００１３】
超音波振動子が支持部材に固定された後、支持部材からはみ出している保持部は切断して除去される。バッキング材は、通常、ゴムで形成されているので、カッタを用いて容易に切断することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、超音波振動子を支持部材に対して位置決めした状態で固定するために、この超音波振動子を治具で保持して位置調整するが、このときに治具によってかなり強い力で挟み込むように保持しても、圧電体が破損したり、損傷したりすることがなくなる。その結果、超音波振動子の支持部材への装着が容易になり、かつその位置決めも高精度に行えることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
バッキング材に保持部を設けることによって、超音波振動子の支持部材への装着を、この超音波振動子を構成する圧電体が薄く、脆弱なものであっても、有効に保護することができる。しかも、保持部はバッキング材と一体のものであるから、超音波振動子を支持部材に装着した後に、この支持部材からはみ出した部分は、カッタを用いて容易に切断・除去することができる。
【実施例１】
【００１６】
以下、図１乃至図４を用いて本発明の第１の実施例を説明する。まず、図１には超音波振動子とその信号ケーブルとからなるユニットが示されている。図中において、１０は超音波振動子、１１は信号ケーブルである。超音波振動子１０は、圧電体１２の表面側に音響整合層１３が積層されており、裏面側にはバッキング材１４が設けられている。さらに、必要に応じて、音響整合層１３上には音響レンズが接合される。そして、信号ケーブル１１は、同軸ケーブルから構成されて、圧電体１２の表裏両面に配線されている。
【００１７】
以上の積層体からなる超音波振動子１０において、バッキング材１４として本来の機能を発揮するのは、圧電体１２と重なり合っている部分であるが、このバッキング材１４はこの圧電体１２と重なり合う部分から、所定の長さ分（図１に符号１４ａで示した寸法分）は均一な厚みで前方に所定長さ突出している。この突出長さ部分が保持部１４aであり、図２及び図３に示したように、超音波振動子１０が密着コイルからなるフレキシブルシャフト１５の先端に連結した支持部材１６に固定された後に除去されるものである。
【００１８】
以上のように構成される超音波振動子１０とその信号ケーブル１１とからなるユニットは、図２に示したように、信号ケーブル１１が支持部材１６に形成した挿通路１６ａからフレキシブルシャフト１５の内部に挿通される。信号ケーブル１１は同軸ケーブルから構成されており、しかも支持部材１６の挿通路１６ａ及びフレキシブルシャフト１５の内径より十分小さい断面を有するものであるから、この信号ケーブル１１の挿通作業は容易に行うことができる。
【００１９】
信号ケーブル１１のフレキシブルシャフト１５の基端部に至るまで挿通されると、超音波振動子１０を支持部材１６の所定の位置に固定的に装着する。この超音波振動子１０の固定は接着剤を用いて行われる。従って、支持部材１６における設置面１６ｂ上に接着剤を塗布しておき、超音波振動子１０はこの設置面１６ｂに対して位置決めして接着させる。ただし、信号ケーブル１１をフレキシブルシャフト１５内に挿通させたときに超音波振動子１０の位置及び方向は定まっておらず、横方向を向いたり、反転したりしている場合がある。
【００２０】
そこで、この超音波振動子１０を支持部材１６の設置面１６ｂに対して所定の位置に配置するように方向及び位置の調整を行う。この調整を行う際に、所定の治具を用いるが、この治具としては、図３に示したように、ピンセット１７が好適に用いられる。ピンセット１７は、超音波振動子１０において、そのバッキング材１４において、前方に向けて突出した保持部１４ａを上下から挟み込むようにして保持する。バッキング材１４はゴム等の弾性部材で形成されているので、ピンセット１７で挟み込むと、圧縮変形される。これに対して、圧電体１２はセラミックス製の薄い板状のものであるから、それに曲げ方向等のストレスが作用すると、容易に破損乃至損傷を発生させる。しかしながら、ピンセット１７は保持部１４ａを保持することから、このピンセット１７による挟み込み力を多少大きくしても、本来機能するバッキング材１４の部位が圧縮変形することがなく、この部位に装着されている圧電体１２にストレスが及ぶおそれはない。従って、超音波振動子１０を強固に保持することができ、その位置調整を行う作業を安定的に行うことができる。しかも、保持部１４ａを保持するピンセット１７は支持部材１６の設置面１６ｂに対して非接触とした状態で位置調整を行うことができるから、超音波振動子１０をこの設置面１６ｂに対して正確に所定の位置に装着できる。
【００２１】
以上のように、超音波振動子１０を支持部材１６に正確に装着した後に、接着剤を乾燥させることによって、この超音波振動子１０が支持部材１６に固着される。この間に超音波振動子１０の位置がずれるのを防止するために、糸巻き等、適宜の措置を施せばよい。そして、超音波振動子１０が支持部材１６に固定されると、そのバッキング材１４のうち、保持部１４ａの部位、つまり支持部材１６からはみ出している部分を切断して除去する。バッキング材１４はゴム製のものであるから、カッタを用いれば容易に切断できる。これによって、図８に示したと同様の超音波プローブが形成される。しかも、超音波振動子１０の組み付け性が良好で、圧電体１２を損傷させることなく、正確に組み付けられる。
【実施例２】
【００２２】
次に、図４乃至図６に基づいて、本発明の実施例２について説明する。この実施例２においては、超音波振動子２０は円柱形状となっている。即ち、表裏両面に信号ケーブル２１が接続された圧電体２２及びその表面に積層される音響整合層２３は円板形状を有するものであり、圧電体２２の裏面側に接合されるバッキング材２４は円柱状に形成されている。そして、このバッキング材２４の厚み、つまり円柱の軸線方向の長さは、本来バッキング材として機能する長さより図５に仮想線で示した分だけ長くなっており、その余長分が保持部２４ａを構成している。
【００２３】
密着コイルからなるフレキシブルシャフト２５の先端に連結して設けた支持部材２６は、そのフレキシブルシャフト２５への連結側から信号ケーブル２１の挿通路２６ａが形成されると共に、超音波振動子２０が装着される平坦面からなる装着部２６ｂには、その厚み方向に貫通する取付孔２７が穿設されている。そして、超音波振動子２０はこの取付孔２７に挿入されるようにして装着されることになる。
【００２４】
この実施例２の超音波振動子２０を支持部材２６に装着するには、図６に示したように、この超音波振動子２０を支持部材２６の下方に配置して、信号ケーブル２１を支持部材２６の挿通路２６ａ内に挿通させて、フレキシブルシャフト２５内に導くようにする。このためには、取付孔２７の下部側から信号ケーブル２１を挿入するが、支持部材２６に挿通路２６ａへの呼び込み用の溝２６ｃを形成しておけば、より円滑に信号ケーブル２１を挿入させることができる。信号ケーブル２１がフレキシブルシャフト２５の基端部にまで挿入されると、図６から明らかなように、超音波振動子２０のバッキング材２４の下方に連設した保持部２４ａを治具、例えばピンセット２８により挟み込むようにして保持する。ここで、ピンセット２８における保持部２４ａの挟持力の作用位置は、圧電体２２から十分離れているので、ピンセット２８によって保持部２４ａを多少圧縮変形させたとしても、圧電体２２を変形させるまでの力が作用することはない。つまり、圧電体２２にストレスが作用して、変形したり、損傷したりすることはない。ピンセット２８により保持された超音波振動子２０は、支持部材２６に対して、その取付孔２７の下方から挿入される。ここで、取付孔２７の内面（または超音波振動子２０の外周面）には、予め接着剤を塗布しておく。そして、取付孔２７に対して所定の位置、例えば音響整合層２３が装着部２６ｃの表面と同じ位置まで挿入されると、その状態を所定時間維持することによって、接着剤を乾燥させて、超音波振動子２０を支持部材２６に固着する。その後、超音波振動子２０における支持部材２６の取付孔２７から下方に突出している保持部２４ａはカッタを用いて切断して除去する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】超音波振動子の正面図である。（実施例１）
【図２】超音波振動子に接続した信号ケーブルをフレキシブルシャフトに挿通している状態を示す斜視図である。（実施例１）
【図３】超音波振動子の支持部材への位置決め及び装着を行っている状態を示す斜視図である。（実施例１）
【図４】超音波振動子を支持部材に装着した状態にして示す要部平面図である。（実施例２）
【図５】図４のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】超音波振動子を支持部材に組み込む動作を示す斜視図である。（実施例２）
【図７】超音波プローブの全体構成を示す断面図である。（従来技術）
【図８】超音波振動子を支持部材に装着した状態を示す斜視図である。（従来技術）
【符号の説明】
【００２６】
１０，２０ 超音波振動子
１１，２１ 信号ケーブル
１２，２２ 圧電体
１３，２３ 音響整合層
１４，２４ バッキング材
１４ａ，２４ａ 保持部
１５，２５ フレキシブルシャフト
１６，２６ 支持部材
１７，２８ ピンセット
２７ 取付孔
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５４３０
【氏名又は名称】フジノン株式会社
【住所又は居所】埼玉県さいたま市北区植竹町１丁目３２４番地
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| 【出願日】 |
平成１５年７月９日（２００３．７．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９７４９
【弁理士】
【氏名又は名称】影井 俊次
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| 【公開番号】 |
特開２００５−２７９５７（Ｐ２００５−２７９５７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１７年２月３日（２００５．２．３） |
| 【出願番号】 |
特願２００３−２７２２１０（Ｐ２００３−２７２２１０） |
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