專利名稱：超聲波探頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲波探頭(以下稱為“短軸搖動探頭”)，其通過使作為超 聲波發(fā)生源的壓電元件群沿短軸方向搖動，而得到立體圖像，特別涉及一種短軸搖動探 頭，其具有減小操作時的操作噪音并消除患者不愉快感覺的簡易結構，同時簡化壓電元 件群的旋轉角的檢測機構，并且容易檢測相對于被檢體的基準位置。
背景技術：
短軸搖動探頭沿長軸方向電子掃描壓電元件群，并且，沿短軸方向機械掃描 (搖動)壓電元件群得到立體(3D)圖像是已知的(特開2006-346125號公報(專利文獻 1、現(xiàn)有例1)、特開2003-175033號公報(專利文獻2、現(xiàn)有例2)、德國公開專利說明書 DE3405537A1號(專利文獻3、現(xiàn)有例3))。短軸搖動探頭，與例如縱橫配列壓電元件的在二維方向上電子掃描的矩陣型探 頭等相比較，更容易實現(xiàn)例如配線(接線)和掃描電路，更為廣泛、實用化。(現(xiàn)有技術)圖5是說明現(xiàn)有例1的短軸搖動探頭，圖5的(a)是其長軸方向的截面圖、圖5 的(b)是其短軸方向的截面圖。該現(xiàn)有例1的短軸搖動探頭，如圖5的(a)以及圖5的(b)所示，具有壓電元件 群1和回轉機構2。竹簡狀的多個壓電元件la寬的方向與長軸方向一致，其長的方向與 短軸方向一致，壓電元件群1并列設置在未圖示的襯背件上。襯背件沿長軸方向固定接 著在凸曲面狀的基臺4上，壓電元件群1沿長軸方向彎曲成凸面狀(凸狀)。另外，跨長軸方向全范圍與壓電元件群1電氣連接的柔性基板5，從短軸方向的 一端向下方導出。本發(fā)明中，柔性基板5的導電電路5a(圖5的(a)中以一部分虛線示 出，并省略)與壓電元件la的未圖示驅動電極電氣連接。圖5的(a)、(b)中兩者是直 接連接，也可以通過例如銀箔和導線間接連接壓電元件la的驅動電極和導電電路5a。在現(xiàn)有例1中，如圖5的(a)所示，回轉機構2由以下組成，保持板6、殼體7、 第一傘齒輪8a、第二傘齒輪8b、回轉軸9、安裝在框體7b上的驅動電機10。保持板6長 軸方向的兩端下面有腳部6a、6b，支撐壓電元件群1的基臺4固定在其上面。在兩端的 腳部6a、6b，沿貫通各腳部6a、6b的長軸方向(圖5的(a)所示的水平方向直線X_X)， 通過軸承11c、lid設置各中心軸11a、lib。腳部6a、6b，相對于中心軸11a、lib自由 回轉。此外，將殼體7的上面作開口處理形成截面為凹陷狀，從腳部6a、6b突出的中 心軸11a、lib的突出端結合(固定)在殼體7的周圍壁上。在殼體7的底壁上沿長軸方 向形成開縫12(參照圖5的(b))，導出從壓電元件群1過來的柔性基板5到框體7b的外 部。在開縫12處埋入例如合成樹脂13進行密封。第一傘齒輪8a通過螺釘安裝在一側腳部6a的中心軸11a、lib的下方的腳部6a 的內面，具有將垂線方向的下端作頂點的圓弧形(扇形)齒。第二傘齒輪8b，其前端軸接著于正交于中心軸11a、lib(直線X-X)的垂直方向的回轉軸9，與第一傘齒輪8a咬 合，在水平方向(X-X方向)回轉?；剞D軸9從殼體7的底壁導出到框體7b的外部， 通過密封圈14a進行密封，另一端與驅動電機10利用例如金屬制正齒輪15a、15b齒結合 (咬合)。這種現(xiàn)有例1中，第一傘齒輪8a和第二傘齒輪8b是金屬制造，第一傘齒輪8a的 圓弧形的齒并列為圓形時圓直徑大于第二傘齒輪8b的直徑。另外，固定接著在回轉軸9 的金屬齒輪15a的直徑大于驅動電機10的金屬齒輪15b的直徑。這樣的結構，通過增大從驅動電機10到第一傘齒輪8a的齒數(shù)比，以維持驅動電 機10的大回轉力(轉力矩)，驅動傳輸?shù)降谝粋泯X輪8a。還有，在殼體7上設置有覆蓋 壓電元件群1的未圖示的蓋子(參照圖1中示出的符號7a)，并將壓電元件群1等密閉封 入，在被蓋子密閉的殼體7內填充著油等超聲波介質。這樣的現(xiàn)有例1中，回轉(搖動)電機10在構成回轉機構2的第二傘齒輪8b的 水平方向上左右回轉(搖動)，通過該電機10搖動/回轉，第一傘齒輪8a對應于垂直面， 以其頂點為中心在左右的斜上方搖動。即，第一傘齒輪8a以頂點為中心在垂直方向的左 右例如75°回轉搖動。而且，保持板6的腳部6a、6b相對于中心軸11a、lib左右回轉 /搖動，另一側壓電元件群1在短軸方向上，與第一傘齒輪8a沿相反方向的左右回轉/搖 動。另外，在現(xiàn)有例2中，通過使用皮帶的滑輪結合在驅動電機與壓電元件側的回 轉軸之間直接地傳遞動力。還有，在現(xiàn)有例3中，在超聲波探頭，利用兩個驅動電機通 過使用皮帶的滑輪結合使回轉軸回轉，在該回轉軸的前端固定接著金屬材料構成的第一 傘齒輪，通過該第一傘齒輪，使與之咬合的金屬材料構成的第二傘齒輪回轉，使在該第 二傘齒輪的前端固定接著的超聲波振動頭回轉/搖動。(現(xiàn)有技術的問題)但是，上述結構的現(xiàn)有例1的短軸搖動探頭中，都是使用金屬材料制造的第一 傘齒輪8a和第二傘齒輪8b，因此在這些金屬制的齒輪咬合時發(fā)出特有的金屬聲音，在操 作時給醫(yī)師(操作者)、特別是給患者帶來不愉快的感覺。另外，上述現(xiàn)有例2中，電機和壓電元件側的回轉軸通過使用皮帶的滑輪結合 直接傳遞動力，可消除金屬聲音的發(fā)生。但是，在現(xiàn)有例2中，除了前述的直接結合驅 動電機的齒輪外，因為不使用傘齒輪二段結合，所以為了確保電機的回轉力傳遞到壓電 元件側的回轉軸，必須增大滑輪直徑比。但是，如果壓電元件側的滑輪直徑比變大的 話，難以設計小型化、緊湊的探頭。此外，在現(xiàn)有例3中，雖然使用皮帶的滑輪結合來使回轉軸回轉，但是對于超 聲波振動頭的回轉/搖動，使用金屬材料形成的相互咬合的一對傘齒輪，因此，在一對 傘齒輪咬合/回轉時，存在產生金屬聲音的問題。本發(fā)明的目的是提供一種短軸搖動探頭，消除齒輪咬合時發(fā)出的金屬聲音，解除給 操作者和患者帶來的不愉快感覺，并且容易設定相對于壓電元件群的被檢體的基準位置。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明的超聲波探頭具有將做成竹簡狀的多個壓電元件沿長軸方向并列的壓電元件群、以前述長軸方向為中心沿短軸方向左右搖動前述壓電元件 群的回轉機構；前述回轉機構具有平面視圓弧形的第一傘齒輪、與前述第一傘齒輪咬 合的在水平方向回轉的第二傘齒輪、通過回轉軸回轉前述第二傘齒輪的驅動電機、檢測 前述壓電元件群的短軸方向的基準位置的基準位置檢測傳感器；前述超聲波探頭被構 成為，前述第二傘齒輪的回轉軸與前述驅動電機的回轉軸使用同步皮帶作滑輪結合，同 時，前述第一傘齒輪由合成樹脂制成，并且在前述回轉軸上結合具有光遮蔽部與光透過 部的邊界區(qū)域的前述基準位置檢測傳感器的光學回轉板，前述光遮蔽部以及前述光透過 部以前述邊界區(qū)域為基準，從前述光學回轉板的中心，在相互相對方向上，以既定角度 連續(xù)形成，同時，前述光學回轉板以前述邊界區(qū)域為基準，以不足前述既定角度進行 回轉，前述邊界區(qū)域通過前述光遮蔽部與前述光透過部的光的透過或遮蔽而被檢測，因 此，基于被檢測的前述邊界區(qū)域，設定相對于前述壓電元件群的被檢體的基準位置。通過這樣的結構，第二傘齒輪的回轉軸與驅動電機使用皮帶作滑輪結合，并且 第一傘齒輪由合成樹脂制成，因為不是金屬制齒輪彼此咬合，回轉時不會發(fā)出特有的金 屬聲音。因此，可以消除超聲波探頭給操作者、特別是給患者帶來的不愉快感覺，并且 可以容易設定相對于壓電元件群的被檢體的基準位置，從而大大地減輕了操作者的診療 負擔。


圖1是說明本發(fā)明的短軸搖動探頭實施形態(tài)的視圖，圖1的(a)是長軸方向的縱 向截面圖，圖1的(b)是短軸方向的橫向截面圖。圖2是圖1中示出的本發(fā)明的短軸搖動探頭的斜視圖。圖3是圖1中示出的本發(fā)明的短軸搖動探頭的基準位置傳感器的斜視圖。圖4是說明圖3中示出的基準位置傳感器的動作、特別是示出基準位置傳感器的 光學回轉板的回轉位置的平面圖，圖4的(a)示出光學回轉板的基準位置P逆時針旋轉e2 的狀態(tài)，圖4的(b)示出基準位置P順時針旋轉e i的狀態(tài)。圖5是說明短軸搖動探頭的現(xiàn)有例的視圖，圖5的(a)是長軸方向的截面圖、圖 5的(b)是同一短軸方向的橫向截面圖。具體實施形態(tài)圖1的(a)是說明本發(fā)明的短軸搖動探頭的一實施形態(tài)的、其長軸方向的截面 圖，圖1的(b)是其短軸方向的截面圖，圖2是其斜視圖。本發(fā)明的短軸搖動探頭具有壓電元件群1、回轉機構2、以及基準位置檢測傳感 器20 o壓電元件群1是，多個壓電元件la以寬的方向為長軸方向排列在安裝于基臺4 上面的未圖示襯背件上，做成凸面(凸)形狀，通過壓電元件群1和導電電路5a(圖1的 (a)中以一部分虛線示出，并省略)進行電氣連接的柔性基板5，通過埋設合成樹脂13而 密封的開縫12，從探頭的短軸方向的一端向殼體7的外部導出?；剞D機構2由以下構成壓電元件群1固定在保持板6上面；截面是凹陷狀的殼 體7具有中心軸11a、lib,中心軸11a、lib通過軸承11c、lid滑動嵌合于保持板6的兩 端腳部6a、6b中，可自由回轉；第一傘齒輪8a設置于保持板6 —側腳部6a的下方，為圓弧(扇)形；第二傘齒輪8b與第一傘齒輪8a咬合，通過密封圈14a密封的回轉軸9從 殼體7的底壁向框體7b外密封導出；安裝在框體7b上的驅動電機(步進電機)10。而且，這里，從動側的扇狀第一傘齒輪8a是合成樹脂制造，承受驅動轉矩并且 需要適當?shù)臋C械強度的驅動側的第二傘齒輪8b是金屬制造。另外，第二傘齒輪8b的回 轉軸9與驅動電機10 (步進電機)的回轉軸10a使用皮帶16作同步滑輪結合。這里，作為合成樹脂制的第一傘齒輪8a的材料，使用聚縮醛(polyacetal)樹脂 (簡稱POM)。POM樹脂由于是將非晶部分與結晶部分混合，因此是強度、彈性率、耐 沖擊性、滑動特性等較好的工程塑料，與金屬制的傘齒輪相比，可以實現(xiàn)輕量化，并且 耐油性、成形加工性也較好。在本發(fā)明的探頭中，將油等超聲波介質填充到被蓋子7a密閉的殼體7內來使 用，因此耐油性較好的POM樹脂形成的第一傘齒輪8a適于作為這種探頭的驅動部件。這里，第一傘齒輪8a直徑大于第二傘齒輪8b直徑，回轉軸9的滑輪17a大于驅 動電機10的滑輪17b(增大齒數(shù)比)，增大驅動電機10回轉力。在各滑輪17a、滑輪17b 外周和同步皮帶16的各滑輪17a、滑輪17b的咬合面上使用設置有凹凸溝槽互相咬合的同 步滑輪和同步皮帶，可靠地進行從滑輪17b向滑輪17a的動力傳遞。這里，在作為第一 階段的驅動裝置的同步滑輪/皮帶機構中，將減速比設為例如2.8 1，在作為第二階段 的驅動裝置的傘齒輪驅動機構中，將減速比設為例如2.1 1，通過兩驅動機構的組合， 可以獲得足夠的減速比。通過這樣的結構，第二傘齒輪8b的回轉軸9與驅動電機10的回轉軸10a，使用 同步皮帶16以及同步滑輪17a、17b作滑輪結合，確保傳遞驅動力，又不發(fā)出現(xiàn)有例那樣 例如圖5的(a)示出的金屬齒輪15a、15b咬合時的金屬聲音。另外，第一傘齒輪8a是 合成樹脂制造，第二傘齒輪8b是金屬制造，這樣也可以減小咬合時的金屬聲音。因此， 抑制探頭操作時發(fā)出金屬聲音，可以消除超聲波探頭給操作者、特別是給患者帶來的不 愉快感覺。BP,在本發(fā)明的探頭中，回轉(搖動)電機10在構成回轉機構2的第二傘齒輪 8b的水平方向的左右進行搖動/回轉，因此，該搖動回轉通過同步皮帶16從滑輪17b傳 遞給滑輪17a，回轉軸9搖動，第一傘齒輪8a相對于垂直面，以其頂點為中心，在左右 的斜上方搖動。即，第一傘齒輪8a以其頂點為中心，在垂直方向的左右進行例如75° 回轉(左右搖動時的加減速范圍除外)搖動。并且，保持板6的腳部6a、6b相對于中心 軸11a、lib進行左右回轉/搖動，另一方面，壓電元件群1在短軸方向上，在第一傘齒 輪8a的相反方向的左右進行回轉/搖動。并且，通過后述的回轉軸9的基準位置檢測傳 感器，檢測從基準位置起的壓電元件群1的短軸方向的回轉角，正確地獲得被檢體(生物 體)的生物體信息。此外，本發(fā)明的短軸搖動探頭的特征為，具有圖3中示出的基準位置檢測傳感 器20 o即，基準位置檢測傳感器20，如圖3所示，由光學回轉板20a以及光學檢測器 20b構成，其中光學回轉板20a通過螺釘?shù)纫惑w地結合于通過第二傘齒輪8b驅動第一傘齒 輪8a的回轉軸9，光學檢測器20b具有截面二字狀的發(fā)送接收光部，并且通過螺釘?shù)劝惭b 在圖1中示出的框體7b的底部里面。
光學回轉板20a為半圓(半月)形，由光遮蔽部21a與光透過部21b(圖3的點 劃線示出的區(qū)域)構成，兩者之間具有直線狀的角部形成的邊界區(qū)域P。光遮蔽部21a與 光透過部21b以邊界區(qū)域P為基準，從光學回轉板20a的回轉中心在相互相對方向上，以 間隔180度的方式連續(xù)形成。并且，圖3中示出的光學回轉板20a形成為，以邊界區(qū)域P為基準，在相互相對 方向上，以不到180度的角度范圍限制其回轉/搖動。這里，在相互相對方向上，在90 度的角度內限制其回轉。該角度限制，與圖1所示的齒輪結合于驅動電機10的回轉軸9 的回轉相依存。并且，光學檢測器20b利用螺釘?shù)裙潭ㄓ镁?，經由墊片等固定于圖1的 (a)中示出的框體20c，光學回轉板20a的外周部位于光學檢測器20b的形狀(二字狀截 面)空間部S并回轉。這里，光學回轉板20a的初期位置(基準位置)為，邊界區(qū)域P位于光學檢測器 20b的二字狀部的空間部S中，成為光學檢測器20b的發(fā)送接收光部間光透過或不透過的 切換點(開啟或關閉)。在該情況下，圖1中示出的壓電元件群1配置在從回轉中心將短 軸方向二等分的中心線與圖1中示出的蓋子7a的中央一致的基準位置，即中央正面。在這樣的本發(fā)明的短軸搖動探頭中，短軸搖動探頭的動作通過按壓未圖示的開 始按鈕來開始。這里，在探頭的動作開始前，例如如圖4的(a)所示，光學回轉板20a 的邊界區(qū)域P從基準位置逆時針旋轉90度(02)以內，光遮蔽部21a位于光學檢測器20b 的空間部S。在該情況下，通過按壓開始按鈕，首先，光學檢測器20b捕捉光遮蔽部21a 的存在，并檢測遮蔽信號。并且，基于該遮蔽信號，將驅動電機10驅動，使光學回轉板 20a順時針旋轉。接著，檢測成為光遮蔽或透過的邊界的光學回轉板20a的邊界區(qū)域P。 并且，使驅動電機10停止，設定基準位置。并且，在探頭的動作開始前，如圖4的(b)所示，光學回轉板20a的邊界區(qū)域P 從基準位置順時針旋轉90度以內，光透過部21b位于光學檢測器20b的空間部S。 在該情況下，通過按壓開始按鈕，首先，光學檢測器20b檢測透過信號。并且，基于該 檢測到的透過信號，將驅動電機10驅動，使光學回轉板20a逆時針旋轉。接著，同樣將 邊界區(qū)域P設定于基準位置。通過這些動作，壓電元件群1被設定于與蓋子7a的中央一致的中央正面的基準 位置。并且，通過與圖1中示出的驅動電機10以及回轉軸9連動的回轉機構3，壓電元 件群1從該基準位置向左右回轉/搖動，對被檢測體發(fā)送接收超聲波。并且，從預先設 定的正負脈沖數(shù)與回轉角的關系，可以得到被檢體的三維(3D)圖像。例如，脈沖為正 時，壓電元件群1向右方向回轉，脈沖為負時，壓電元件群1向左方向回轉。g卩，通過這樣的構成，限制光學回轉板20a在以其邊界區(qū)域P為基準的相互相對 方向上的90度以內進行回轉/搖動。因此，當光學檢測器20b檢測依據光學回轉板20a 的回轉位置的遮蔽信號或透過信號，并且按照預先設定的那樣光學回轉板20a進行順時針 或逆時針回轉時，在該回轉角內，僅存在一側的邊界區(qū)域P。因此，能夠可靠地檢測邊 界區(qū)域P，并且能夠通過簡單的機構容易地設定壓電元件群1的基準位置。因此，能夠正確地設定壓電元件群1的基準位置，并且能夠從被檢體的正確位 置獲得生物體信息。
權利要求
1. 一種超聲波探頭，具有將做成竹簡狀的多個壓電元件沿長軸方向并列的壓電元件 群、以前述長軸方向為中心沿短軸方向左右搖動前述壓電元件群的回轉機構；前述回轉 機構具有平面視圓弧形的第一傘齒輪、與前述第一傘齒輪咬合的在水平方向回轉的第二 傘齒輪、通過回轉軸回轉前述第二傘齒輪的驅動電機、檢測前述壓電元件群的短軸方向 的基準位置的基準位置檢測傳感器；前述超聲波探頭的特征在于，前述第二傘齒輪的回 轉軸與前述驅動電機的回轉軸使用同步皮帶作滑輪結合，同時，前述第一傘齒輪由合成 樹脂制成，前述第二傘齒輪由金屬制成，并且在前述回轉軸上結合具有光遮蔽部與光透 過部的邊界區(qū)域的前述基準位置檢測傳感器的光學回轉板，前述光遮蔽部以及前述光透 過部以前述邊界區(qū)域為基準，從前述光學回轉板的中心，在相互相對方向上，以既定角 度連續(xù)形成，同時，前述光學回轉板以前述邊界區(qū)域為基準，以不足前述既定角度進行 回轉，前述邊界區(qū)域通過前述光遮蔽部與前述光透過部的光的透過或遮蔽而被檢測，由 此，基于被檢測的前述邊界區(qū)域，設定相對于前述壓電元件群的被檢體的基準位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲波探頭，其具有將做成竹簡狀的多個壓電元件沿長軸方向并列的壓電元件群、以長軸方向為中心沿短軸方向左右搖動壓電元件群的回轉機構；回轉機構具有圓弧形的第一傘齒輪、與第一傘齒輪咬合的在水平方向回轉的第二傘齒輪、通過回轉軸回轉第二傘齒輪的驅動電機、檢測壓電元件群的短軸方向的基準位置的基準位置檢測傳感器；第二傘齒輪的回轉軸與驅動電機的回轉軸使用同步皮帶作滑輪結合，且第一傘齒輪由合成樹脂制成，第二傘齒輪由金屬制成，并在回轉軸上結合具有光遮蔽部與光透過部的邊界區(qū)域的基準位置檢測傳感器的光學回轉板，邊界區(qū)域通過光遮蔽部與光透過部的光的透過或遮蔽而被檢測，基于被檢測的邊界區(qū)域，設定相對于壓電元件群的被檢體的基準位置，從被檢測體得到正確的生物體信息。
文檔編號A61B8/00GK102008317SQ20091020725
公開日2011年4月13日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權日2009年9月4日
發(fā)明者長谷川恭伸 申請人:日本電波工業(yè)株式會社