CN101596521B - 超声波振动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声波振动装置，其具有振子(20)，其特征在于，振子(20)具有：至少2个振动元件(30)，其被施加驱动电压而产生超声波振动；至少3个电极部(32a、32b)，且包括沿着振动方向交替配置的至少2个第1电极部(32a)和至少1个第2电极部(32b)，上述电极部(32a、32b)和振动元件(30)沿振动方向交替排列，通过对第1电极部(32a)和第2电极部(32b)施加驱动电压来使振子(20)沿着振动方向一体地产生超声波振动；以及桥接部(34a、34b)，其将至少2个第1电极部(32a)中的2个第1电极部(32a)相互连结起来并进行电连接；超声波振动装置还具有用于抑制桥接部(34a、34b)向振动方向以外的方向振动的防振部(46、48、54、56)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有振子的超声波振动装置，该振子具有沿着振动方向交替排列的多个振动元件和多个电极部，多个同极的电极部借助桥接部依次连结起来而进行电连接。
背景技术
在日本特开平4-156983号公报、美国专利第6278218号说明书或美国专利第5989275号说明书中公开了螺栓紧固朗之万(Langevin)型振子。在螺栓紧固朗之万型振子中，压电元件与电极板沿着纵向交替排列。电极板具有沿着纵向交替配置的负电极板和正电极板。同极的多个电极板借助桥接部依次连结起来，而进行电连接。通过对负电极板和正电极板施加驱动电压，对压电元件施加驱动电压而产生超声波振动，使整个振子沿着纵向产生超声波振动。
当振子产生超声波振动时，桥接部也会沿着纵向产生超声波振动。在此，当桥接部沿着纵向以外的方向产生超声波振动时，桥接部容易变疲劳，有可能断裂。
发明内容
本发明是着眼于上述课题而做成的，其目的在于提供一种防止桥接部断裂的超声波振动装置。
在本发明的一实施方式中，超声波振动装置具有振子，其特征在于，上述振子具有：至少2个振动元件、至少3个电极部以及桥接部，该至少2个振动元件被施加驱动电压而产生超声波振动，上述至少3个电极部包括沿着振动方向交替配置的至少2个第1电极部和至少1个第2电极部，上述电极部和上述振动元件沿振动方向交替排列，通过对上述第1电极部和上述第2电极部施加驱动电压来使上述振子沿着上述振动方向一体地进行超声波振动；上述桥接部使上述至少2个第1电极部中的2个第1电极部相互连结而进行电连接；上述超声波振动装置还具有用于抑制上述桥接部向上述振动方向以外的方向进行振动的防振部。
在本实施方式中，利用防振部来抑制桥接部向振子的振动方向以外的方向进行振动，由此可防止桥接部断裂。
在本发明最佳的一实施方式中，超声波振动装置的特征在于，上述桥接部由柔软的挠性基板形成。
在本实施方式中，桥接部由柔软的挠性基板形成，由此可防止桥接部发生断裂。
在本发明最佳的一实施方式中，超声波振动装置的特征在于，其具有至少3个上述第1电极部、至少2个上述第2电极部、以及用于将上述至少3个第1电极部依次连结起来的至少2个上述桥接部，上述至少2个桥接部中的电压供给侧的规定桥接部的疲劳强度小于比该桥接部更靠电压被供给侧的桥接部的疲劳强度。
在本实施方式中，电压供给侧的桥接部的疲劳强度小于电压被供给侧的桥接部的疲劳强度，由此使电压供给侧的桥接部先于电压被供给侧的桥接部断裂。因此，在桥接部断裂的情况下，使由振动元件、电极部以及桥接部形成的振动部的静电容量发生较大的变化，系统的耦合可靠地丧失，并使系统可靠地停止。因此，能够防止振子在不良的振动状态下继续振动。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的超声波处理装置的立体图。
图2是表示本发明的第1实施方式的振子的局部剖侧视图。
图3是表示本发明的第1实施方式的振动发生部的分解立体图。
图4是表示本发明的第2实施方式的振子的侧视图。
图5是表示本发明的第3实施方式的振子的局部剖侧视图。
图6是表示本发明的第4实施方式的振子的局部剖侧视图。
图7是表示本发明的第5实施方式的振动发生部的剖视图。
图8是表示本发明的第6实施方式的电极构件的展开图。
图9是表示本发明的第7实施方式的振子的侧视图。
图10是表示本发明的参考实施方式的振子的侧视图。
图11是表示本发明的参考实施方式的电极构件的展开图。
图12是表示本发明的参考实施方式的电极构件的侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。
图1至图3表示本发明的第1实施方式。
参照图1，对超声波处理装置的概略结构进行说明。
超声波处理装置具有细长鞘(sheath)单元12。在鞘单元12的基端侧连接有供操作者握持操作的把手单元14。在把手单元14上配设有开闭自如的一对把手16。在把手单元14的基端侧连接有振子单元18。在振子单元18内内置有产生超声波振动的振子。电线22从振子单元18延伸出，且使电线22与装置主体连接。借助电线22从装置主体向振子供给驱动电压，在振子中产生超声波振动。在振子的顶端部连接有用于传递超声波振动的细长探头24的基端部。将探头24贯穿于把手单元14以及鞘单元12中，并从鞘单元12的顶端部突出。另外，在鞘单元12的顶端部配设有钳部件(jaw)26。通过对把手单元14的一对把手16进行开闭操作，使钳部件26相对于探头24的顶端部进行开闭动作。由探头24的顶端部和钳部件26把持生体组织，使探头24产生超声波振动，由此能对生体组织进行处理。
参照图2以及图3，对振子20进行详细的说明。
在振子20的基端侧，形成有用于产生超声波振动的振动发生部28。在振动发生部28中，使作为振动元件的厚圆板状的多个压电元件30、与作为电极部的薄圆板状的多个电极板32a、32b互相同轴地沿着作为超声波处理装置长度方向的纵向相互交替排列。使作为多个电极板32a、32b的负电极板32a和正电极板32b沿着纵向进行交替配置。利用桥接部34a、34b将同极的相邻两电极板32a、32b连结起来而进行电连接。即，利用桥接部34a、34b将同极的多个电极板32a、32b沿着纵向依次连结起来。桥接部34a、34b由自两电极板32a、32b向径向外方延伸的两端延伸部和用于将两延伸部连结起来的沿纵向延伸的中间连接部形成。同极的多个桥接部34a、34b依次沿着纵向沿着圆周方向错开180°配置，负极和正极的多个桥接部34a、34b依次沿着纵向沿着圆周方向错开90°配置。引出部36a、36b分别从最基端的负电极板32a、正电极板32b向基端侧延伸，使电极板32a、32b与引出部36a、36b进行电连接。在引出部36a、36b分别连接有电压电缆，使电压电缆向电线22导入。在本实施方式中，同极的电极板32a、32b、桥接部34a、34b以及引出部36a、36b是通过对一体的电极构件40a、40b进行弯曲加工而形成的。在振动发生部28的顶端侧配置有喇叭部42。喇叭部42构成用于对超声波振动进行放大并传递的振动传递部29，且呈大致圆柱状沿纵向延伸。在喇叭部42的基端部形成有法兰部43，在法兰部43的基端面上设置有向基端侧突出的螺栓。将螺栓贯穿于电极板32a、32b和压电元件30的中央开口中，在螺栓的末端部螺纹连接有衬板44。通过将衬板44拧在螺栓上，由喇叭部42的基端面和衬板44的顶端面将压电元件30和电极板32a、32b夹持。
在振子20的振动发生部28上外套有作为防振构件的管状外套构件46。外套构件46具有绝缘性及较小的弹性，且形成向径向内侧收缩的状态。并且，外插构件46覆盖桥接部34a、34b，且对桥接部34a、34b施加向径向内侧的负荷。在本实施方式中，使用热收缩管作为外套构件46。
在使振子20产生超声波振动的情况下，借助负极和正极的电压电缆，对负电极构件40a、正电极构件40b施加驱动电压。对负电极板32a与正电极板32b之间的各压电元件30施加驱动电压，使各压电元件30产生超声波振动，且使整个振子20沿着纵向产生超声波振动。因此，也使桥接部34a、34b沿着纵向产生超声波振动。在此，由外套构件46对桥接部34a、34b施加向径向内侧的负荷，由外套构件46防止桥接部34a、34b向纵向以外的方向振动，这样抑制了桥接部34a、34b向纵向以外的方向振动。结果降低了桥接部34a、34b的疲劳，从而能够防止桥接部34a、34b断裂。
另外，在本实施方式的振子20中，借助贯穿于压电元件30和电极板32a、32b的中央开口中的螺栓，使喇叭部42与衬板44进行电连接。即，使最基端的负电极板32a、衬板44、螺栓以及喇叭部42进行电连接。因此，使喇叭部42的基端部的法兰部43起到作为电极部的负电极板的功能，由此可以省略与法兰部43邻接的负电极板32a、和用于将该负电极板32a与相邻的负电极板32a连结起来的桥接部34a。
图4表示本发明的第2实施方式。
在本实施方式的振子20中，在桥接部34a、34b与压电元件30及电极板32a、32b之间埋入有作为防振构件的埋入构件48。埋入构件48具有绝缘性和弹性。在本实施方式中，埋入构件48由硅酮橡胶形成。在使振子20产生超声波振动的情况下，埋入构件48与桥接部34a、34b的向纵向以外的方向的振动产生干涉，从而抑制了桥接部34a、34b发生向纵向以外的方向的振动。
图5表示本发明的第3实施方式。
在振子单元18中，将振子20收容于作为收容部的外壳50内，且将振子20的振动发生部28配置于密封的内部空间52内。在外壳50与桥接部34a、34b之间夹设有作为防振构件的夹设构件54。夹设构件54具有绝缘性和弹性，且被压缩于外壳50与桥接部34a、34b之间，并对桥接部34a、34b施加向径向内侧的负荷。在本实施方式中，使用橡胶板作为夹设构件54。在使振子20产生超声波振动的情况下，由夹设构件54向桥接部34a、34b施加向径向内侧的负荷，由夹设构件54防止桥接部34a、34b向纵向以外的方向振动，而且夹设构件54与桥接部34a、34b向纵向以外的方向的振动产生干涉，因而能抑制桥接部34a、34b向纵向以外的方向振动。
图6表示本发明的第4实施方式。
在本实施方式中，在配置有振动发生部28的内部空间52内填充作为防振溶液的填充液56。填充液56具有绝缘性和较高的粘性。在本实施方式中，使用硅油(silicone oil)作为填充液56。在使振子20产生超声波振动的情况下，填充液56与桥接部34a、34b向纵向以外的方向的振动产生干涉，从而抑制桥接部34a、34b向纵向以外的方向振动。另外，在内部空间52未填充有填充液56的情况下，当对超声波处理装置实施使用了高温高压水蒸气的高压蒸汽(autoclave)灭菌时等，水蒸气有可能进入到外壳50的内部空间52内，使水滴附着到振动发生部28的表面上，而使振动发生部28的静电容量发生变化，使振子20的振动特性发生变化。在本实施方式中，在内部空间52内填充了绝缘性的填充液56，因而可防止水蒸气进入到内部空间52中，从而防止振子20的振动特性发生变化。
图7表示本发明的第5实施方式。
在本实施方式中，电极构件40a、40b由柔软的挠性基板形成。在本实施方式中，挠性基板形成为将层压板(laminate)层60夹在一对导电层58之间这样的三层构造，导电层58由铜箔形成，层压板层60由聚酰亚胺薄膜形成。这样，桥接部34a、34b由柔软的挠性基板形成，因而即使在桥接部34a、34b产生向纵向以外的方向的振动的情况下，也难以使桥接部34a、34b变疲劳，从而可防止桥接部34a、34b断裂。
图8表示本发明的第6实施方式。
在本实施方式中，在至少一电极构件40a、40b例如负电极构件40a中，在多个桥接部34a中的最靠近电压供给侧即基端侧的桥接部34a内形成有作为孔部的狭缝62。因此，使该桥接部34a的疲劳强度小于比该桥接部34a更靠电压被供给侧即顶端侧的桥接部34a的疲劳强度。在各桥接部34a的疲劳强度相互相等的情况下，当使振子20产生超声波振动时，有可能使电压被供给侧的桥接部34a先产生断裂。若电压被供给侧的桥接部34a产生了断裂时，有可能使振子20的静电容量的变化变小，而保持系统的耦合，使振子20在不良的振动状态下继续进行振动。在本实施方式中，使多个桥接部34a、34b中的最靠近电压供给侧的桥接部34a、34b的疲劳强度小于比该桥接部34a更靠近电压被供给侧的桥接部34a、34b的疲劳强度，因而当振子20产生超声波振动时，使该桥接部34a、34b最先产生断裂，而使振子20的静电容量发生较大的变化，系统的耦合可靠地丧失，使系统可靠地停止。因此，可防止振子20在不良的振动状态下继续振动。
另外，也可以在引出部36a、36b上形成狭缝62。
图9表示本发明的第7实施方式。
在本实施方式中，使用了电压被供给侧的顶端侧电极构件64a、64b和电压供给侧的基端侧电极构件66a、66b作为电极构件40a、40b。将顶端侧电极构件64a、64b的最基端的电极板68a、68b与基端侧电极构件66a、66b的最顶端的电极板70a、70b相互叠合在相邻的两压电元件30之间，且使两者进行电连接。在此，使形成基端侧电极构件66a、66b的材料的疲劳强度小于形成顶端侧电极构件64a、64b的材料的疲劳强度。在本实施方式中，基端侧电极构件66a、66b由磷青铜、锌白铜等形成，顶端侧电极构件64a、64b由铍铜、钛铜等形成。与第7实施方式同样，当振子20产生超声波振动时，电压供给侧的基端侧电极构件66a、66b的桥接部34a、34b会最先产生断裂，这样可防止振子20在不良的振动状态下继续振动。
图10至图12表示本发明的参考实施方式。
在本参考实施方式的电气绝缘构件中，在桥接部34a、34b和引出部36a、36b实施了绝缘包皮(wrapping)68。在振子20的振动发生部28中，将桥接部34a、34b和引出部36a、36b配置于异性的电极板32a、32b的附近，因而在桥接部34a、34b和引出部36a、36b上未实施绝缘包皮68，特别在振子20为小型，且将驱动电压设为高电压以使振子20以高输出进行工作的情况下，有可能使该桥接部34a、34b、引出部36a、36b与异性的电极板32a、32b之间发生短路。在本实施方式中，在桥接部34a、34b和引出部36a、36b上施加了绝缘包皮68，由此可防止桥接部34a、34b、引出部36a、36b与异性的电极板32a、32b之间发生短路，并能使振子20小型化、高输出化。
另外，也可以使用绝缘涂层替代绝缘包皮68。当使用绝缘涂层时，装配前在对电极构件40a、40b的电极板32a、32b进行保护的状态下，使用喷涂器(spray)、毛笔等在桥接部34a、34b和引出部36a、36b上涂敷涂层。
Claims (7)
1.一种超声波振动装置，该超声波振动装置具有振子，其特征在于，
上述振子具有：至少2个振动元件、至少3个电极部以及桥接部，该至少2个振动元件被施加驱动电压而产生超声波振动；该至少3个电极部包括沿着振动方向交替配置的至少2个第1电极部和至少1个第2电极部，上述电极部和上述振动元件沿振动方向交替排列，通过对上述第1电极部和上述第2电极部施加驱动电压来使上述振子沿着上述振动方向一体地进行超声波振动；该桥接部将上述至少2个第1电极部中的2个第1电极部相互连结而进行电连接，并由自上述2个第1电极部向径向外方延伸的两端的延伸部和用于将两个上述延伸部连结起来的中间的沿纵向延伸的连接部形成；
上述超声波振动装置还具有用于抑制上述桥接部向上述振动方向以外的方向振动的防振部，
上述防振部具有设置于上述振动元件和上述电极部中的至少一方与上述桥接部之间的防振构件。
2.一种超声波振动装置，具有振子以及用于收容上述振子的收容部，其特征在于，
上述振子具有：至少2个振动元件、至少3个电极部以及桥接部，该至少2个振动元件被施加驱动电压而产生超声波振动；该至少3个电极部包括沿着振动方向交替配置的至少2个第1电极部和至少1个第2电极部，上述电极部和上述振动元件沿振动方向交替排列，通过对上述第1电极部和上述第2电极部施加驱动电压来使上述振子沿着上述振动方向一体地进行超声波振动；该桥接部将上述至少2个第1电极部中的2个第1电极部相互连结而进行电连接；
上述超声波振动装置还具有用于抑制上述桥接部向上述振动方向以外的方向振动的防振部，
上述防振部具有设置于上述桥接部与上述收容部之间的防振构件。
3.一种超声波振动装置，具有振子以及用于收容上述振子的收容部，其特征在于，
上述振子具有：至少2个振动元件、至少3个电极部以及桥接部，该至少2个振动元件被施加驱动电压而产生超声波振动；该至少3个电极部包括沿着振动方向交替配置的至少2个第1电极部和至少1个第2电极部，上述电极部和上述振动元件沿振动方向交替排列，通过对上述第1电极部和上述第2电极部施加驱动电压来使上述振子沿着上述振动方向一体地进行超声波振动；该桥接部将上述至少2个第1电极部中的2个第1电极部相互连结而进行电连接；
上述超声波振动装置还具有用于抑制上述桥接部向上述振动方向以外的方向振动的防振部，
上述防振部具有填充于上述收容部内的防振溶液。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波振动装置，其特征在于，上述桥接部由柔软的挠性基板形成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波振动装置，其特征在于，上述超声波振动装置具有至少3个上述第1电极部、至少2个上述第2电极部、以及用于将上述至少3个第1电极部依次连结起来的至少2个上述桥接部，
使上述至少2个桥接部中的电压供给侧的规定桥接部的疲劳强度小于比该桥接部更靠近电压被供给侧的桥接部的疲劳强度。
6.根据权利要求5所述的超声波振动装置，其特征在于，
上述电压供给侧的桥接部具有孔部。
7.根据权利要求5所述的超声波振动装置，其特征在于，使形成上述电压供给侧的桥接部的材料的疲劳强度小于形成上述电压被供给侧的桥接部的材料的疲劳强度。
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