超音波探触子
【課題】電気信号が伝達しなくなることによるノイズが減少し、超音波画像の画質を向上させることができる摺動接触装置を有する超音波探触子を提供する。
【解決手段】回転可能に構成された回転子と、回転子に設けられ、超音波信号と電気信号とを相互に変換する超音波振動子と、回転子に回転軸が同軸となるように接続されたスリップリング５と、スリップリング５に接触して超音波振動子に電気信号を伝達するブラシ６と、ブラシ６をスリップリング５に接触させるブラシ圧を変化可能なブラシ圧可変手段８と、回転子と、超音波振動子と、スリップリング５と、ブラシ６と、ブラシ圧可変手段８とを包含するウインドウと、ウインドウ内に充満された音響媒体１とを備える。
【解決手段】回転可能に構成された回転子と、回転子に設けられ、超音波信号と電気信号とを相互に変換する超音波振動子と、回転子に回転軸が同軸となるように接続されたスリップリング５と、スリップリング５に接触して超音波振動子に電気信号を伝達するブラシ６と、ブラシ６をスリップリング５に接触させるブラシ圧を変化可能なブラシ圧可変手段８と、回転子と、超音波振動子と、スリップリング５と、ブラシ６と、ブラシ圧可変手段８とを包含するウインドウと、ウインドウ内に充満された音響媒体１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送受信する超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の体腔内超音波探触子の先端部の構成を示す断面図である。ウインドウ１０４は、体内に挿入される挿入部の先端部に装着されており、音響媒体１０１は、このウインドウ１０４内部に充填されている。超音波振動子１０３は超音波を送受信するものであり、関心領域を走査するために回転子１０２に取り付けられている。スリップリング１０５は、回転子１０２と一体化されており、回転子１０２と一緒に回転する。ブラシ１０６は、スリップリング１０５と摺動接点において接触しており、スリップリング１０５からの電気信号はブラシ１０６、ケーブル１０７を介して、超音波診断装置本体へ伝達される。
【０００３】
このブラシ１０６とスリップリング１０５との摺動接点は、接触状態によって瞬間的に開離することがある。この場合、電気信号が伝達されなくなることにより、ノイズが発生することがある。
【０００４】
このような摺動接点のノイズ対策が施された摺動接触装置が、例えば、ＶＨＳレコーダの技術分野で提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
図８は、このような摺動接点のノイズ対策がとられた従来の摺動接触装置の構成を示す側面図である。図９は、図８に示した摺動接触装置の平面図である。図８において、ブラシ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃは、それぞれの自由端が樹脂１１２で一体成形されたスリップリング１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと摺動接触するよう構成されている。
【０００６】
ノイズ検出回路１１６は、摺動接触装置を記録モードとして電源供給に使用しているブラシ１１１ａ、１１１ｂとスリップリング１１３ａ、１１３ｂの間で発生する接触不良によるノイズを検出する。初期設定時において、検出したノイズが許容ノイズ限界量内になるよう素子ドライブ回路１１５の出力の初期設定値を決定する。
【０００７】
ノイズ検出回路１１６は、通常の動作時において、検出したノイズが常にノイズ限界量をオーバーするか否かを判定する。ノイズ限界量をオーバーする場合、素子ドライブ回路１１５は、出力を増加させてブラシ圧可変部材１１４の先端部を図９に示す矢印ｄ方向へ変位させる。これにより、ブラシ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃのスリップリング１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃへの接触力が増加して、常にノイズ限界量内となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０４−２０６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
摺動接点のノイズ対策が施された上記従来の摺動接触装置は、大気（気体）中での動作を前提とするものである。しかし、超音波探触子の先端部では、摺動接点は音響媒体で充填されたウインドウ内に設置されており、摺動接触装置の周辺環境が上記従来の摺動接触装置と異なる。
【００１０】
音響媒体が探触子の先端部に存在するため、回転子が回転している場合、回転子と一体化しているスリップリングとブラシとの間に音響媒体が流れ込み、音響媒体からブラシを押す力が働いている。そのため、音響媒体の特性や流れが変化すると、音響媒体がブラシを押す力が変化する。したがって、ブラシとスリップリングとの接触力が変化し、接触不良が起こりやすくなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ブラシとスリップリングの接触不良を起こしにくくすることで、電気信号が伝達しなくなることによるノイズが減少し、超音波画像の画質を向上させることができる摺動接触装置を有する超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の超音波診断装置は、上記課題を解決するために、回転可能に構成された回転子と、前記回転子に設けられ、超音波信号と電気信号とを相互に変換する超音波振動子と、前記回転子に回転軸が同軸となるように接続されたスリップリングと、前記スリップリングに接触して前記超音波振動子に前記電気信号を伝達するブラシと、前記ブラシを前記スリップリングに接触させるブラシ圧を変化可能なブラシ圧可変手段と、前記回転子と、前記超音波振動子と、前記スリップリングと、前記ブラシと、前記ブラシ圧可変手段とを包含するウインドウと、前記ウインドウ内に充満された音響媒体とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記ブラシ圧可変手段は、前記音響媒体の温度に応じて前記ブラシ圧を変化させる構成にすることができる。この構成により、音響媒体の温度変化に応じてブラシ圧を変化させることができる。
【００１４】
また、前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、一端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記ブラシの一端部は前記ブラシ圧可変手段の他端部に取り付けられ、前記ブラシの他端部は前記スリップリングに接触させられており、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きい構成にすることも可能である。この構成により、音響媒体の温度変化が生じた時に熱膨張係数に応じてブラシ圧を変化させることができる。
【００１５】
また、前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、前記ブラシの機能を有し、一端部が前記スリップリングに接触し、他端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きい構成にすることができる。この構成により、構成部材を減少させることができ、ブラシとスリップリングの組み立てを容易にすることができる。また、部材のコストを安価にすることができる。
【００１６】
また、前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えた構成にすることができる。この構成により、温度検出手段で検出した音響媒体の温度変化情報により、ブラシ圧を変化させることができる。
【００１７】
また、前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる構成にすることもできる。
【００１８】
また、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えた構成にすることができる。この構成により、回転速度検出手段で検出した回転子の回転速度情報により、ブラシ圧を変化させることができる。
【００１９】
また、前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記制御回路は、前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる構成にすることもできる。
【００２０】
また、前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えた構成にすることができる。この構成により、温度検出手段で検出した音響媒体の温度変化情報及び回転速度検出手段で検出した回転子の回転速度情報により、ブラシ圧を変化させることができる。
【００２１】
また、前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる構成にすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、摺動接触装置周辺の音響媒体の温度、回転子の回転速度、または、音響媒体の温度と回転子の回転速度の両者が変化した場合においても、ブラシとスリップリングの接触力が初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。そのため、ブラシとスリップリングの接触不良が起こりにくくなり、電気信号が伝達しなくなることによるノイズが減少し、超音波画像の画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の先端部の構成を示す側面図
【図２Ａ】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図２Ｂ】図２Ａのブラシ圧可変部材の拡大図
【図３】本実施の形態に係る超音波探触子の先端部の別の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態２における超音波探触子の先端部の構成を示す側面図
【図５Ａ】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、ブラシ可変部材の大きさが通常時である断面図
【図５Ｂ】同ブラシ可変部材が収縮した状態の断面図
【図５Ｃ】同ブラシ可変部材が膨張した状態の断面図
【図６】本実施の形態に係る超音波探触子の先端部の別の構成を示す断面図
【図７】従来の体腔内超音波探触子の先端部の構成を示す断面図
【図８】従来の超音波探触子の先端部の構成を示す側面図
【図９】図８に示した摺動接触装置の平面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の超音波探触子の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の先端部の構成を示す側面図である。図２Ａは、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１に図示された領域は、超音波探触子の先端部であって、音響媒体１が充填されたウインドウ（図示せず）内部を示す。音響媒体１中の回転子２は、モータ（図示せず）を有し、制御指令通りの回転速度で回転する。超音波振動子３は、超音波信号と電気信号とを相互に変換する素子であって、回転子２上に設けられている。超音波振動子３は、回転子２と供に回転しながら入力された電気信号を超音波信号に変換して対象部に放射し、対象部で反射された超音波信号を受信して電気信号に変換する。これにより、対象部を走査することができる。
【００２６】
回転子２には、超音波振動子３と超音波診断装置本体（図示せず）に接続されたケーブルとの間を接続するための摺動接触装置４が設けられている。摺動接触装置４は、スリップリング５と、ブラシ６と、ブラシホルダ７と、ブラシ圧可変部材８と、ブラシ支持体９とを有する。
【００２７】
スリップリング５は、回転子２に回転軸が同軸となるように接合されて回転子２と供に回転し、超音波振動子３と電気的に接続されている。ブラシ６は、一本または複数本の導電体または、導電体でメッキされた部材で構成され、超音波振動子３と接続されたスリップリング５の配線と摺動接触するように構成されている。
【００２８】
図２Ａに示すように、ブラシ６がスリップリング５を押し付けることにより接触力Ｆが発生する。ブラシ６の初期設定では、接触力Ｆが最適な力となるように設定されている。接触力Ｆが小さいと、スリップリング５とブラシ６とが開離してノイズが発生する原因となる。接触力Ｆが大き過ぎると、ブラシ６が磨耗してブラシ６の寿命が短くなる。
【００２９】
ブラシ６の固定端は、ブラシ圧可変部材８の自由端に設けられたブラシホルダ７に固定されている。ブラシ圧可変部材８は、熱膨張係数の異なる板状の内側金属板１０と外側金属板１１とが張り合わされたバイメタルで構成されており、内側金属板１０は外側金属板１１よりも熱膨張係数が大きい。図２Ｂは、図２Ａのブラシ圧可変部材８の拡大図である。実線１２で示すブラシ６及びブラシ圧可変部材８が常温時の状態である。破線１３で示すブラシ６及びブラシ圧可変部材８が高温時の状態である。破線１４で示すブラシ６及びブラシ圧可変部材８が低温時の状態である。
【００３０】
ブラシ支持体９は、ブラシ圧可変部材８を保持する部材である。
【００３１】
以上の構成により、超音波振動子３で生成された電気信号は、スリップリング５に伝達され、摺動接点を経由して、ブラシ６に伝わる。次に、ブラシ６からブラシ圧可変部材８に伝達され、ブラシ圧可変部材８に半田付けされた電線（図示せず）を通り、超音波診断装置本体へ伝達される。
【００３２】
以上のように構成された超音波探触子における摺動接触装置４について、以下その動作、作用を説明する。
【００３３】
まず、音響媒体１の温度が低下し、回転速度が一定の場合について説明する。音響媒体１の温度が低下すると、音響媒体１の粘性率が高くなる。また、回転子２の回転速度は変化しないよう制御されているため、流速はほとんど変化しない。音響媒体１のブラシ６を押す力は粘性抵抗を含む関数となっており、粘性抵抗は、流体の速度勾配と粘性率に比例しているため、粘性率が高くなる分、粘性抵抗が上昇する。音響媒体１は、矢印Ｐのように移動するため、ブラシ６を外側に移動させる向きに力が加わる。そのため、音響媒体１のブラシ６を押す力が大きくなり、ブラシ６のスリップリング５を押す力が弱くなる。
【００３４】
ブラシ圧可変部材８は内側金属板１０の方が外側金属板１１よりも熱膨張係数が大きいので、図２Ｂの実線（常温）１２に示すような常温の形状をもつブラシ圧可変部材８は、音響媒体１の温度が低下すると、図２Ｂの破線（低温）１４に示すようにブラシ圧可変部材８は内側に湾曲し、ブラシ先端は内側にスリップリング５を押し付ける力が強まるように変形する。よって、音響媒体１の温度低下により変形したブラシ６のスリップリング５を押す力が増大して、初期設定時の接触力Ｆが維持される。
【００３５】
次に、音響媒体１の温度が上昇し、回転速度が一定の場合について説明する。音響媒体１の温度が高くなると、粘性率が低くなる。また、回転子２の回転速度は変化しないよう制御されているため流速はほとんど変化しない。よって、粘性率が低くなる分、粘性抵抗は小さくなるため、音響媒体１がブラシ６を押す力が小さくなり、ブラシ６のスリップリング５を押す力が強くなる。
【００３６】
ブラシ圧可変部材８は内側金属板１０の方が外側金属板１１よりも熱膨張係数が大きいので、図２Ｂの実線（常温）１２に示すような常温の形状をもつブラシ圧可変部材８は、音響媒体１の温度が上昇すると、図２Ｂの破線（高温）１３に示すようにブラシ圧可変部材８は外側に湾曲し、ブラシ先端は内側にスリップリング５を押し付ける力が弱まるように変形する。よって、音響媒体１の温度上昇により変形したブラシ６がスリップリング５を押す力が減少して、初期設定時の接触力Ｆが維持される。
【００３７】
以上のことから、音響媒体１の温度が変化しても、ブラシ６とスリップリング５の接触力が初期設定時の接触力Ｆを維持することができ、接触不良を軽減することできる。そして、接触不良による電気信号が伝達しなくなることが減少することで、超音波画像のノイズの発生が改善され、超音波画像の画質を向上させることができる。また、初期設定時の接触力Ｆ以上の力でブラシ６とスリップリング５の接触する時間が減少するため、ブラシ６とスリップリング５は必要以上に磨耗しなくなるので、ブラシ６とスリップリング５の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、ブラシ圧可変部材８の内側金属板１０、外側金属板１１の形状を板状としたが、圧力を発生可能な形状であれば線材でもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、スリップリング５にブラシ６が接触し、ブラシ６のスリップリング５への接触力をブラシ圧可変部材８で変形させる構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、ブラシ６とブラシ圧可変部材８とが同一部材で一体的に形成されたブラシ圧可変部材８ｂがスリップリング５に接触して、スリップリング５からの電気信号を伝達する構成にしてもよい。この構成においても、上記効果が得られる。
【００４０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における超音波探触子の先端部の構成を示す側面図である。図５Ａは、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。本実施の形態に係る超音波探触子は、摺動接触装置２４と、音響媒体１の温度を検出可能な手段として温度センサ３１と温度検出回路３２を設け、回転子２の回転速度を検出可能な検出手段としてエンコーダ３３と角度位置検出回路３４を設けた点が異なる。また、圧電セラミックスからなり外部から電流を流すことで能動的に大きさが変化可能なブラシ圧可変部材２８と、それを制御する可変部材制御回路３５を有している点が異なる。本実施の形態に係る超音波探触子において、実施の形態１に係る超音波探触子と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
ブラシ２６は、一本または複数本の導電体または、導電体でメッキされた部材で構成され、一端がブラシホルダ２７に固定されている。ブラシ２６の自由端側では、図５Ａに示すように、超音波振動子３と接続されたスリップリング５の配線と摺動接触することにより、接触力Ｆが発生する。ブラシ２６の初期設定では、接触力Ｆが最適な力となるように設定されている。ブラシホルダ２７は、ブラシ圧可変部材２８に接続されている。
【００４２】
ブラシ圧可変部材２８は、電圧が印加されることによって膨張、収縮することが可能な電気−機械変換素子である圧電セラミックスで構成されている。また、ブラシ圧可変部材２８は、ブラシホルダ２７に接続された他端でブラシ支持体２９と接続されている。ブラシ支持体２９は、超音波探触子の筐体に対して位置が固定されている。したがって、ブラシ圧可変部材２８の大きさが変化した場合、ブラシホルダ２７が移動する。
【００４３】
また、温度センサ３１は、ブラシ支持体２９の側部に設置されており、音響媒体１の温度を検出可能な温度検出回路３２に接続されている。また、回転子２には、図４に示すようにエンコーダ３３が設置されており、エンコーダ３３は回転子２の動作開始位置からの現在の回転子２の角度位置を検出可能な角度位置検出回路３４に接続されている。また、この角度位置検出回路３４は、エンコーダ３３によって角度位置を検出後、角度位置と検出時間を用いて、回転子２の回転速度を算出・出力する。
【００４４】
また、可変部材制御回路３５は、温度検出回路３２及び角度位置検出回路３４と接続されており、検出された温度と算出された回転速度を用いて、ブラシ圧可変部材２８を制御する電圧を出力する回路であって、この電圧を変化させることによってブラシ２６の位置を変化させる。
【００４５】
ここで、検出された温度と、算出された速度情報と、可変部材制御回路３５と、ブラシ圧可変部材２８とのさらに詳細な構成と互いの関係を説明する。
【００４６】
ブラシ圧可変部材２８の制御のために、予め、ある温度と回転速度において、スリップリング５に対するブラシ２６の接触力が、初期組み立て時に設定した接触力Ｆを維持するために必要なブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を実験で求めておく。この実験値をもとに、超音波探触子の使用時において可変部材制御回路３５に入力された温度と回転速度の値から、ブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を決定する。ブラシ圧可変部材２８への印加電圧とブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量の関係式は、ブラシ圧可変部材２８の材料である圧電セラミックスの特性条件から求められる。
【００４７】
次に、超音波探触子の使用時の動作としては、温度検出回路３２は音響媒体１の温度を検出し、角度検出回路２８は回転子２の回転速度を検出する。次に、可変部材制御回路３５は、検出した温度と回転速度からブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を変化させるために必要な電圧をブラシ圧可変部材２８に供給する。このように、ブラシ圧可変部材２８が膨張、収縮することで、ブラシ２６とスリップリング５の接触力を初期設定の接触力Ｆに維持することができる。
【００４８】
以上のように構成された本実施の形態に係る摺動接触装置２４について、以下その動作、作用を説明する。図５Ｂは、図５Ａよりもブラシ圧可変部材２８が収縮した状態を示す断面図である。図５Ｃは、図５Ａよりもブラシ圧可変部材２８が膨張した状態を示す断面図である。
【００４９】
音響媒体１の温度が変化すると、実施の形態１で述べたように、温度低下時に、音響媒体１がブラシ２６を押す力は大きくなり、温度上昇時には、音響媒体１がブラシ２６を押す力は小さくなる。また、回転子２の回転速度が上昇した場合、回転子２周辺の音響媒体１の流速が上がり、音響媒体１がブラシ２６を押す力は大きくなる。また、回転子２の回転速度が減少した場合、回転子２周辺の音響媒体１の流速が下がり、音響媒体１がブラシ２６を押す力は小さくなる。
【００５０】
よって、音響媒体１の温度が低下し回転速度が変化しない、または回転速度が上昇し温度が変化しない、または温度が低下しかつ回転速度が上昇した場合には、音響媒体１がブラシ２６を押しのける力が大きくなるため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が低下する。この場合、可変部材制御回路３５は、温度センサ３１より検出された温度、または、エンコーダ３３より算出された回転速度、または温度と回転速度両方の情報を参照して最適なブラシ圧可変部材２８の収縮量を決定する。図５Ｂに示すように、ブラシ圧可変部材２８が収縮すると、ブラシ２６がスリップリング５に押し付けられる力が強くなる。そのため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力は、音響媒体１の温度の低下、または回転速度の上昇、または温度が低下しかつ回転速度が上昇した場合でも、初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。
【００５１】
また、音響媒体１の温度が上昇し回転速度が変化しない、または回転速度が低下し温度が変化しない、または温度が上昇しかつ回転速度が低下した場合には、音響媒体１がブラシ２６を押しのける力は小さくなるため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が大きくなる。この場合、可変部材制御回路３５は、温度センサ３１より検出された温度または、エンコーダ３３の位置情報より算出された回転速度、または温度と回転速度両方の情報を参照して、最適なブラシ圧可変部材２８の膨張量を決定する。図５Ｃに示すように、ブラシ圧可変部材２８が膨張すると、ブラシ２６がスリップリング５を押し付ける力が弱くなる。そのため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力は、音響媒体１の温度の上昇、または回転速度の低下、または温度が上昇しかつ回転速度が低下した場合でも、初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。
【００５２】
また、音響媒体の温度が上昇かつ回転子の回転速度が減少、もしくは、温度が下降かつ回転子の回転速度が増加した場合、温度センサ３１により検出した温度と、エンコーダ３３の位置情報より算出された回転速度の情報とを参照して、最適なブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を決定する。そして、決定した膨張、収縮量に基づいて、ブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮させて、ブラシ２６とスリップリング５の接触力を初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。
【００５３】
以上のように、本発明は、超音波探触子において、摺動接触装置２４と、温度と回転速度を検出する検出手段３１〜３４と、これらの温度、または回転速度、または温度と回転速度の情報から、必要なブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を算出させる可変部材制御回路３５を設けた構成により、音響媒体１の温度、または回転子２の回転速度、または温度と回転速度の両者が変化しても、ブラシ２６とスリップリング５は初期組み立て時に設定した接触力Ｆを維持することができる。そのため、接触不良が軽減され、電気信号が伝達しなくなることが減少し、超音波画像のノイズが改善され、超音波画像の画質向上させることができる。また、初期設定時の接触力Ｆ以上の力で接触する時間が減少するため、ブラシ２６とスリップリング５は、必要以上に磨耗しなくなるので、ブラシ２６とスリップリング５の長寿命化を図ることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態ではエンコーダ３３という位置検出可能な検出手段から得た位置情報より、回転速度を求めたが、ポテンショメータといった位置検出手段より回転速度を算出するか、タコジェネレータを用いて回転速度を検出してもよい。
【００５５】
また、回転速度が一定である場合は、温度のみでブラシ圧を変化させても同様の効果を得ることが可能であるし、音響媒体の粘性率が温度によってあまり変化しない場合は、回転速度のみでブラシ圧を変化させてもよい。
【００５６】
なお、本実施の形態では、圧電セラミックスでできたブラシ圧可変部材２８をブラシ支持台２９に対してスリップリング５の反対側に配置し、ブラシ圧可変部材２８を膨張させた場合、接触力が小さくなり、ブラシ圧可変部材２８を収縮させた場合、接触力が大きくなる構成を例に説明した。しかし、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、図６に示すようにブラシ支持台２９ｂに対してスリップリング５の側にブラシ圧可変部材２８を配置し、ブラシ圧可変部材２８を収縮させた場合、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が小さくなり、ブラシ圧可変部材２８を膨張させた場合、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が大きくなる構成にしてもよい。この構成でも、上記実施の形態と同様の効果が生じる。
【００５７】
また、音響媒体１の温度を検出する手段をブラシ支持台２９に設置したが、音響媒体１の温度が検出可能なブラシ圧可変部材２８や音響媒体１が充填されている容器側面に設置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、温度、または回転速度、または、温度と回転速度両者の影響を受けにくく、ノイズが少ない超音波画像を提供可能であり、また、長寿命を実現する耐久性を有し、超音波診断装置の体腔内に挿入可能な超音波探触子等として有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 音響媒体
２ 回転子
３ 超音波振動子
４、４ｂ、２４、２４ｂ 摺動接触装置
５ スリップリング
６、２６ ブラシ
７、２７、２７ｂ ブラシホルダ
８、８ｂ、２８ ブラシ圧可変部材
９、２９、２９ｂ ブラシ支持体
１０、１０ｂ 内側金属板
１１、１１ｂ 外側金属板
１２ 実線
１３、１４ 破線
３１ 温度センサ
３２ 温度検出回路
３３ エンコーダ
３４ 角度位置検出回路
３５ 可変部材制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送受信する超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の体腔内超音波探触子の先端部の構成を示す断面図である。ウインドウ１０４は、体内に挿入される挿入部の先端部に装着されており、音響媒体１０１は、このウインドウ１０４内部に充填されている。超音波振動子１０３は超音波を送受信するものであり、関心領域を走査するために回転子１０２に取り付けられている。スリップリング１０５は、回転子１０２と一体化されており、回転子１０２と一緒に回転する。ブラシ１０６は、スリップリング１０５と摺動接点において接触しており、スリップリング１０５からの電気信号はブラシ１０６、ケーブル１０７を介して、超音波診断装置本体へ伝達される。
【０００３】
このブラシ１０６とスリップリング１０５との摺動接点は、接触状態によって瞬間的に開離することがある。この場合、電気信号が伝達されなくなることにより、ノイズが発生することがある。
【０００４】
このような摺動接点のノイズ対策が施された摺動接触装置が、例えば、ＶＨＳレコーダの技術分野で提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
図８は、このような摺動接点のノイズ対策がとられた従来の摺動接触装置の構成を示す側面図である。図９は、図８に示した摺動接触装置の平面図である。図８において、ブラシ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃは、それぞれの自由端が樹脂１１２で一体成形されたスリップリング１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと摺動接触するよう構成されている。
【０００６】
ノイズ検出回路１１６は、摺動接触装置を記録モードとして電源供給に使用しているブラシ１１１ａ、１１１ｂとスリップリング１１３ａ、１１３ｂの間で発生する接触不良によるノイズを検出する。初期設定時において、検出したノイズが許容ノイズ限界量内になるよう素子ドライブ回路１１５の出力の初期設定値を決定する。
【０００７】
ノイズ検出回路１１６は、通常の動作時において、検出したノイズが常にノイズ限界量をオーバーするか否かを判定する。ノイズ限界量をオーバーする場合、素子ドライブ回路１１５は、出力を増加させてブラシ圧可変部材１１４の先端部を図９に示す矢印ｄ方向へ変位させる。これにより、ブラシ１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃのスリップリング１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃへの接触力が増加して、常にノイズ限界量内となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０４−２０６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
摺動接点のノイズ対策が施された上記従来の摺動接触装置は、大気（気体）中での動作を前提とするものである。しかし、超音波探触子の先端部では、摺動接点は音響媒体で充填されたウインドウ内に設置されており、摺動接触装置の周辺環境が上記従来の摺動接触装置と異なる。
【００１０】
音響媒体が探触子の先端部に存在するため、回転子が回転している場合、回転子と一体化しているスリップリングとブラシとの間に音響媒体が流れ込み、音響媒体からブラシを押す力が働いている。そのため、音響媒体の特性や流れが変化すると、音響媒体がブラシを押す力が変化する。したがって、ブラシとスリップリングとの接触力が変化し、接触不良が起こりやすくなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ブラシとスリップリングの接触不良を起こしにくくすることで、電気信号が伝達しなくなることによるノイズが減少し、超音波画像の画質を向上させることができる摺動接触装置を有する超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の超音波診断装置は、上記課題を解決するために、回転可能に構成された回転子と、前記回転子に設けられ、超音波信号と電気信号とを相互に変換する超音波振動子と、前記回転子に回転軸が同軸となるように接続されたスリップリングと、前記スリップリングに接触して前記超音波振動子に前記電気信号を伝達するブラシと、前記ブラシを前記スリップリングに接触させるブラシ圧を変化可能なブラシ圧可変手段と、前記回転子と、前記超音波振動子と、前記スリップリングと、前記ブラシと、前記ブラシ圧可変手段とを包含するウインドウと、前記ウインドウ内に充満された音響媒体とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記ブラシ圧可変手段は、前記音響媒体の温度に応じて前記ブラシ圧を変化させる構成にすることができる。この構成により、音響媒体の温度変化に応じてブラシ圧を変化させることができる。
【００１４】
また、前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、一端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記ブラシの一端部は前記ブラシ圧可変手段の他端部に取り付けられ、前記ブラシの他端部は前記スリップリングに接触させられており、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きい構成にすることも可能である。この構成により、音響媒体の温度変化が生じた時に熱膨張係数に応じてブラシ圧を変化させることができる。
【００１５】
また、前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、前記ブラシの機能を有し、一端部が前記スリップリングに接触し、他端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きい構成にすることができる。この構成により、構成部材を減少させることができ、ブラシとスリップリングの組み立てを容易にすることができる。また、部材のコストを安価にすることができる。
【００１６】
また、前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えた構成にすることができる。この構成により、温度検出手段で検出した音響媒体の温度変化情報により、ブラシ圧を変化させることができる。
【００１７】
また、前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる構成にすることもできる。
【００１８】
また、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えた構成にすることができる。この構成により、回転速度検出手段で検出した回転子の回転速度情報により、ブラシ圧を変化させることができる。
【００１９】
また、前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記制御回路は、前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる構成にすることもできる。
【００２０】
また、前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えた構成にすることができる。この構成により、温度検出手段で検出した音響媒体の温度変化情報及び回転速度検出手段で検出した回転子の回転速度情報により、ブラシ圧を変化させることができる。
【００２１】
また、前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる構成にすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、摺動接触装置周辺の音響媒体の温度、回転子の回転速度、または、音響媒体の温度と回転子の回転速度の両者が変化した場合においても、ブラシとスリップリングの接触力が初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。そのため、ブラシとスリップリングの接触不良が起こりにくくなり、電気信号が伝達しなくなることによるノイズが減少し、超音波画像の画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の先端部の構成を示す側面図
【図２Ａ】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図２Ｂ】図２Ａのブラシ圧可変部材の拡大図
【図３】本実施の形態に係る超音波探触子の先端部の別の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態２における超音波探触子の先端部の構成を示す側面図
【図５Ａ】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、ブラシ可変部材の大きさが通常時である断面図
【図５Ｂ】同ブラシ可変部材が収縮した状態の断面図
【図５Ｃ】同ブラシ可変部材が膨張した状態の断面図
【図６】本実施の形態に係る超音波探触子の先端部の別の構成を示す断面図
【図７】従来の体腔内超音波探触子の先端部の構成を示す断面図
【図８】従来の超音波探触子の先端部の構成を示す側面図
【図９】図８に示した摺動接触装置の平面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の超音波探触子の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の先端部の構成を示す側面図である。図２Ａは、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１に図示された領域は、超音波探触子の先端部であって、音響媒体１が充填されたウインドウ（図示せず）内部を示す。音響媒体１中の回転子２は、モータ（図示せず）を有し、制御指令通りの回転速度で回転する。超音波振動子３は、超音波信号と電気信号とを相互に変換する素子であって、回転子２上に設けられている。超音波振動子３は、回転子２と供に回転しながら入力された電気信号を超音波信号に変換して対象部に放射し、対象部で反射された超音波信号を受信して電気信号に変換する。これにより、対象部を走査することができる。
【００２６】
回転子２には、超音波振動子３と超音波診断装置本体（図示せず）に接続されたケーブルとの間を接続するための摺動接触装置４が設けられている。摺動接触装置４は、スリップリング５と、ブラシ６と、ブラシホルダ７と、ブラシ圧可変部材８と、ブラシ支持体９とを有する。
【００２７】
スリップリング５は、回転子２に回転軸が同軸となるように接合されて回転子２と供に回転し、超音波振動子３と電気的に接続されている。ブラシ６は、一本または複数本の導電体または、導電体でメッキされた部材で構成され、超音波振動子３と接続されたスリップリング５の配線と摺動接触するように構成されている。
【００２８】
図２Ａに示すように、ブラシ６がスリップリング５を押し付けることにより接触力Ｆが発生する。ブラシ６の初期設定では、接触力Ｆが最適な力となるように設定されている。接触力Ｆが小さいと、スリップリング５とブラシ６とが開離してノイズが発生する原因となる。接触力Ｆが大き過ぎると、ブラシ６が磨耗してブラシ６の寿命が短くなる。
【００２９】
ブラシ６の固定端は、ブラシ圧可変部材８の自由端に設けられたブラシホルダ７に固定されている。ブラシ圧可変部材８は、熱膨張係数の異なる板状の内側金属板１０と外側金属板１１とが張り合わされたバイメタルで構成されており、内側金属板１０は外側金属板１１よりも熱膨張係数が大きい。図２Ｂは、図２Ａのブラシ圧可変部材８の拡大図である。実線１２で示すブラシ６及びブラシ圧可変部材８が常温時の状態である。破線１３で示すブラシ６及びブラシ圧可変部材８が高温時の状態である。破線１４で示すブラシ６及びブラシ圧可変部材８が低温時の状態である。
【００３０】
ブラシ支持体９は、ブラシ圧可変部材８を保持する部材である。
【００３１】
以上の構成により、超音波振動子３で生成された電気信号は、スリップリング５に伝達され、摺動接点を経由して、ブラシ６に伝わる。次に、ブラシ６からブラシ圧可変部材８に伝達され、ブラシ圧可変部材８に半田付けされた電線（図示せず）を通り、超音波診断装置本体へ伝達される。
【００３２】
以上のように構成された超音波探触子における摺動接触装置４について、以下その動作、作用を説明する。
【００３３】
まず、音響媒体１の温度が低下し、回転速度が一定の場合について説明する。音響媒体１の温度が低下すると、音響媒体１の粘性率が高くなる。また、回転子２の回転速度は変化しないよう制御されているため、流速はほとんど変化しない。音響媒体１のブラシ６を押す力は粘性抵抗を含む関数となっており、粘性抵抗は、流体の速度勾配と粘性率に比例しているため、粘性率が高くなる分、粘性抵抗が上昇する。音響媒体１は、矢印Ｐのように移動するため、ブラシ６を外側に移動させる向きに力が加わる。そのため、音響媒体１のブラシ６を押す力が大きくなり、ブラシ６のスリップリング５を押す力が弱くなる。
【００３４】
ブラシ圧可変部材８は内側金属板１０の方が外側金属板１１よりも熱膨張係数が大きいので、図２Ｂの実線（常温）１２に示すような常温の形状をもつブラシ圧可変部材８は、音響媒体１の温度が低下すると、図２Ｂの破線（低温）１４に示すようにブラシ圧可変部材８は内側に湾曲し、ブラシ先端は内側にスリップリング５を押し付ける力が強まるように変形する。よって、音響媒体１の温度低下により変形したブラシ６のスリップリング５を押す力が増大して、初期設定時の接触力Ｆが維持される。
【００３５】
次に、音響媒体１の温度が上昇し、回転速度が一定の場合について説明する。音響媒体１の温度が高くなると、粘性率が低くなる。また、回転子２の回転速度は変化しないよう制御されているため流速はほとんど変化しない。よって、粘性率が低くなる分、粘性抵抗は小さくなるため、音響媒体１がブラシ６を押す力が小さくなり、ブラシ６のスリップリング５を押す力が強くなる。
【００３６】
ブラシ圧可変部材８は内側金属板１０の方が外側金属板１１よりも熱膨張係数が大きいので、図２Ｂの実線（常温）１２に示すような常温の形状をもつブラシ圧可変部材８は、音響媒体１の温度が上昇すると、図２Ｂの破線（高温）１３に示すようにブラシ圧可変部材８は外側に湾曲し、ブラシ先端は内側にスリップリング５を押し付ける力が弱まるように変形する。よって、音響媒体１の温度上昇により変形したブラシ６がスリップリング５を押す力が減少して、初期設定時の接触力Ｆが維持される。
【００３７】
以上のことから、音響媒体１の温度が変化しても、ブラシ６とスリップリング５の接触力が初期設定時の接触力Ｆを維持することができ、接触不良を軽減することできる。そして、接触不良による電気信号が伝達しなくなることが減少することで、超音波画像のノイズの発生が改善され、超音波画像の画質を向上させることができる。また、初期設定時の接触力Ｆ以上の力でブラシ６とスリップリング５の接触する時間が減少するため、ブラシ６とスリップリング５は必要以上に磨耗しなくなるので、ブラシ６とスリップリング５の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、ブラシ圧可変部材８の内側金属板１０、外側金属板１１の形状を板状としたが、圧力を発生可能な形状であれば線材でもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、スリップリング５にブラシ６が接触し、ブラシ６のスリップリング５への接触力をブラシ圧可変部材８で変形させる構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、ブラシ６とブラシ圧可変部材８とが同一部材で一体的に形成されたブラシ圧可変部材８ｂがスリップリング５に接触して、スリップリング５からの電気信号を伝達する構成にしてもよい。この構成においても、上記効果が得られる。
【００４０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における超音波探触子の先端部の構成を示す側面図である。図５Ａは、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。本実施の形態に係る超音波探触子は、摺動接触装置２４と、音響媒体１の温度を検出可能な手段として温度センサ３１と温度検出回路３２を設け、回転子２の回転速度を検出可能な検出手段としてエンコーダ３３と角度位置検出回路３４を設けた点が異なる。また、圧電セラミックスからなり外部から電流を流すことで能動的に大きさが変化可能なブラシ圧可変部材２８と、それを制御する可変部材制御回路３５を有している点が異なる。本実施の形態に係る超音波探触子において、実施の形態１に係る超音波探触子と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
ブラシ２６は、一本または複数本の導電体または、導電体でメッキされた部材で構成され、一端がブラシホルダ２７に固定されている。ブラシ２６の自由端側では、図５Ａに示すように、超音波振動子３と接続されたスリップリング５の配線と摺動接触することにより、接触力Ｆが発生する。ブラシ２６の初期設定では、接触力Ｆが最適な力となるように設定されている。ブラシホルダ２７は、ブラシ圧可変部材２８に接続されている。
【００４２】
ブラシ圧可変部材２８は、電圧が印加されることによって膨張、収縮することが可能な電気−機械変換素子である圧電セラミックスで構成されている。また、ブラシ圧可変部材２８は、ブラシホルダ２７に接続された他端でブラシ支持体２９と接続されている。ブラシ支持体２９は、超音波探触子の筐体に対して位置が固定されている。したがって、ブラシ圧可変部材２８の大きさが変化した場合、ブラシホルダ２７が移動する。
【００４３】
また、温度センサ３１は、ブラシ支持体２９の側部に設置されており、音響媒体１の温度を検出可能な温度検出回路３２に接続されている。また、回転子２には、図４に示すようにエンコーダ３３が設置されており、エンコーダ３３は回転子２の動作開始位置からの現在の回転子２の角度位置を検出可能な角度位置検出回路３４に接続されている。また、この角度位置検出回路３４は、エンコーダ３３によって角度位置を検出後、角度位置と検出時間を用いて、回転子２の回転速度を算出・出力する。
【００４４】
また、可変部材制御回路３５は、温度検出回路３２及び角度位置検出回路３４と接続されており、検出された温度と算出された回転速度を用いて、ブラシ圧可変部材２８を制御する電圧を出力する回路であって、この電圧を変化させることによってブラシ２６の位置を変化させる。
【００４５】
ここで、検出された温度と、算出された速度情報と、可変部材制御回路３５と、ブラシ圧可変部材２８とのさらに詳細な構成と互いの関係を説明する。
【００４６】
ブラシ圧可変部材２８の制御のために、予め、ある温度と回転速度において、スリップリング５に対するブラシ２６の接触力が、初期組み立て時に設定した接触力Ｆを維持するために必要なブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を実験で求めておく。この実験値をもとに、超音波探触子の使用時において可変部材制御回路３５に入力された温度と回転速度の値から、ブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を決定する。ブラシ圧可変部材２８への印加電圧とブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量の関係式は、ブラシ圧可変部材２８の材料である圧電セラミックスの特性条件から求められる。
【００４７】
次に、超音波探触子の使用時の動作としては、温度検出回路３２は音響媒体１の温度を検出し、角度検出回路２８は回転子２の回転速度を検出する。次に、可変部材制御回路３５は、検出した温度と回転速度からブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を変化させるために必要な電圧をブラシ圧可変部材２８に供給する。このように、ブラシ圧可変部材２８が膨張、収縮することで、ブラシ２６とスリップリング５の接触力を初期設定の接触力Ｆに維持することができる。
【００４８】
以上のように構成された本実施の形態に係る摺動接触装置２４について、以下その動作、作用を説明する。図５Ｂは、図５Ａよりもブラシ圧可変部材２８が収縮した状態を示す断面図である。図５Ｃは、図５Ａよりもブラシ圧可変部材２８が膨張した状態を示す断面図である。
【００４９】
音響媒体１の温度が変化すると、実施の形態１で述べたように、温度低下時に、音響媒体１がブラシ２６を押す力は大きくなり、温度上昇時には、音響媒体１がブラシ２６を押す力は小さくなる。また、回転子２の回転速度が上昇した場合、回転子２周辺の音響媒体１の流速が上がり、音響媒体１がブラシ２６を押す力は大きくなる。また、回転子２の回転速度が減少した場合、回転子２周辺の音響媒体１の流速が下がり、音響媒体１がブラシ２６を押す力は小さくなる。
【００５０】
よって、音響媒体１の温度が低下し回転速度が変化しない、または回転速度が上昇し温度が変化しない、または温度が低下しかつ回転速度が上昇した場合には、音響媒体１がブラシ２６を押しのける力が大きくなるため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が低下する。この場合、可変部材制御回路３５は、温度センサ３１より検出された温度、または、エンコーダ３３より算出された回転速度、または温度と回転速度両方の情報を参照して最適なブラシ圧可変部材２８の収縮量を決定する。図５Ｂに示すように、ブラシ圧可変部材２８が収縮すると、ブラシ２６がスリップリング５に押し付けられる力が強くなる。そのため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力は、音響媒体１の温度の低下、または回転速度の上昇、または温度が低下しかつ回転速度が上昇した場合でも、初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。
【００５１】
また、音響媒体１の温度が上昇し回転速度が変化しない、または回転速度が低下し温度が変化しない、または温度が上昇しかつ回転速度が低下した場合には、音響媒体１がブラシ２６を押しのける力は小さくなるため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が大きくなる。この場合、可変部材制御回路３５は、温度センサ３１より検出された温度または、エンコーダ３３の位置情報より算出された回転速度、または温度と回転速度両方の情報を参照して、最適なブラシ圧可変部材２８の膨張量を決定する。図５Ｃに示すように、ブラシ圧可変部材２８が膨張すると、ブラシ２６がスリップリング５を押し付ける力が弱くなる。そのため、ブラシ２６のスリップリング５への接触力は、音響媒体１の温度の上昇、または回転速度の低下、または温度が上昇しかつ回転速度が低下した場合でも、初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。
【００５２】
また、音響媒体の温度が上昇かつ回転子の回転速度が減少、もしくは、温度が下降かつ回転子の回転速度が増加した場合、温度センサ３１により検出した温度と、エンコーダ３３の位置情報より算出された回転速度の情報とを参照して、最適なブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を決定する。そして、決定した膨張、収縮量に基づいて、ブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮させて、ブラシ２６とスリップリング５の接触力を初期設定時の接触力Ｆを維持することができる。
【００５３】
以上のように、本発明は、超音波探触子において、摺動接触装置２４と、温度と回転速度を検出する検出手段３１〜３４と、これらの温度、または回転速度、または温度と回転速度の情報から、必要なブラシ圧可変部材２８の膨張、収縮量を算出させる可変部材制御回路３５を設けた構成により、音響媒体１の温度、または回転子２の回転速度、または温度と回転速度の両者が変化しても、ブラシ２６とスリップリング５は初期組み立て時に設定した接触力Ｆを維持することができる。そのため、接触不良が軽減され、電気信号が伝達しなくなることが減少し、超音波画像のノイズが改善され、超音波画像の画質向上させることができる。また、初期設定時の接触力Ｆ以上の力で接触する時間が減少するため、ブラシ２６とスリップリング５は、必要以上に磨耗しなくなるので、ブラシ２６とスリップリング５の長寿命化を図ることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態ではエンコーダ３３という位置検出可能な検出手段から得た位置情報より、回転速度を求めたが、ポテンショメータといった位置検出手段より回転速度を算出するか、タコジェネレータを用いて回転速度を検出してもよい。
【００５５】
また、回転速度が一定である場合は、温度のみでブラシ圧を変化させても同様の効果を得ることが可能であるし、音響媒体の粘性率が温度によってあまり変化しない場合は、回転速度のみでブラシ圧を変化させてもよい。
【００５６】
なお、本実施の形態では、圧電セラミックスでできたブラシ圧可変部材２８をブラシ支持台２９に対してスリップリング５の反対側に配置し、ブラシ圧可変部材２８を膨張させた場合、接触力が小さくなり、ブラシ圧可変部材２８を収縮させた場合、接触力が大きくなる構成を例に説明した。しかし、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、図６に示すようにブラシ支持台２９ｂに対してスリップリング５の側にブラシ圧可変部材２８を配置し、ブラシ圧可変部材２８を収縮させた場合、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が小さくなり、ブラシ圧可変部材２８を膨張させた場合、ブラシ２６のスリップリング５への接触力が大きくなる構成にしてもよい。この構成でも、上記実施の形態と同様の効果が生じる。
【００５７】
また、音響媒体１の温度を検出する手段をブラシ支持台２９に設置したが、音響媒体１の温度が検出可能なブラシ圧可変部材２８や音響媒体１が充填されている容器側面に設置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、温度、または回転速度、または、温度と回転速度両者の影響を受けにくく、ノイズが少ない超音波画像を提供可能であり、また、長寿命を実現する耐久性を有し、超音波診断装置の体腔内に挿入可能な超音波探触子等として有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 音響媒体
２ 回転子
３ 超音波振動子
４、４ｂ、２４、２４ｂ 摺動接触装置
５ スリップリング
６、２６ ブラシ
７、２７、２７ｂ ブラシホルダ
８、８ｂ、２８ ブラシ圧可変部材
９、２９、２９ｂ ブラシ支持体
１０、１０ｂ 内側金属板
１１、１１ｂ 外側金属板
１２ 実線
１３、１４ 破線
３１ 温度センサ
３２ 温度検出回路
３３ エンコーダ
３４ 角度位置検出回路
３５ 可変部材制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に構成された回転子と、
前記回転子に設けられ、超音波信号と電気信号とを相互に変換する超音波振動子と、
前記回転子に回転軸が同軸となるように接続されたスリップリングと、
前記スリップリングに接触して前記超音波振動子に前記電気信号を伝達するブラシと、
前記ブラシを前記スリップリングに接触させるブラシ圧を変化可能なブラシ圧可変手段と、
前記回転子と、前記超音波振動子と、前記スリップリングと、前記ブラシと、前記ブラシ圧可変手段とを包含するウインドウと、
前記ウインドウ内に充満された音響媒体とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記ブラシ圧可変手段は、前記音響媒体の温度に応じて前記ブラシ圧を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、一端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記ブラシの一端部は前記ブラシ圧可変手段の他端部に取り付けられ、前記ブラシの他端部は前記スリップリングに接触させられており、
前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、前記ブラシの機能を有し、一端部が前記スリップリングに接触し、他端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる請求項５記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記制御回路は、前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる請求項７記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる請求項９記載の超音波探触子。
【請求項１】
回転可能に構成された回転子と、
前記回転子に設けられ、超音波信号と電気信号とを相互に変換する超音波振動子と、
前記回転子に回転軸が同軸となるように接続されたスリップリングと、
前記スリップリングに接触して前記超音波振動子に前記電気信号を伝達するブラシと、
前記ブラシを前記スリップリングに接触させるブラシ圧を変化可能なブラシ圧可変手段と、
前記回転子と、前記超音波振動子と、前記スリップリングと、前記ブラシと、前記ブラシ圧可変手段とを包含するウインドウと、
前記ウインドウ内に充満された音響媒体とを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記ブラシ圧可変手段は、前記音響媒体の温度に応じて前記ブラシ圧を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、一端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記ブラシの一端部は前記ブラシ圧可変手段の他端部に取り付けられ、前記ブラシの他端部は前記スリップリングに接触させられており、
前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記ブラシ圧可変手段は、少なくとも２種の部材が張り合わされて構成され、前記ブラシの機能を有し、一端部が前記スリップリングに接触し、他端部が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面に配置された部材の熱膨張係数は、前記ブラシ圧可変手段の前記スリップリング側の面と反対側の面に配置された部材の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる請求項５記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記制御回路は、前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる請求項７記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記音響媒体の温度を検出する温度検出手段と、
前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシが前記スリップリングに接触するブラシ圧が変化するように前記ブラシ圧可変手段を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記ブラシ圧可変手段は、膨張及び収縮可能な材料で構成され、前記スリップリングと対向する側及び前記スリップリングと対向する側の反対側のうち、一方に前記ブラシが接続され、他方が前記スリップリングに対して一定の位置に固定され、
前記制御回路は、前記温度検出手段の検出結果及び前記回転速度検出手段の検出結果に基づいて、前記ブラシ圧可変手段を膨張または収縮させる請求項９記載の超音波探触子。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４８８０２（Ｐ２０１３−４８８０２Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９２７９（Ｐ２０１１−１８９２７９）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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