CN105722470A - 振动产生单元、振动体单元以及超声波处置装置 - Google Patents

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Abstract

振动产生单元具备从前端方向向基端方向传递超声波振动的基端侧振动传递部。在将位于比超声波振子更靠所述基端方向侧的位置处的波腹位置中的、最靠近所述超声波振子的波腹位置设为基准波腹位置的情况下，所述基端侧振动传递部的基端位于从所述基准波腹位置起向所述基端方向离开与所述超声波振动的半波长的整数倍相等的延设尺寸的位置处。所述振动产生单元还具备将在所述基端侧振动传递部中向所述基端方向传递的所述超声波振动的振幅放大的振幅放大部。

Description

振动产生单元、振动体单元以及超声波处置装置
技术领域
本发明涉及一种在处置部利用超声波振动对处置对象进行处置的超声波处置装置中产生处置用的超声波振动的振动产生单元。另外，涉及一种具备处置部和振动产生单元的振动体单元以及具备振动体单元的超声波处置装置。
背景技术
在专利文献1中公开了一种在前端部设置手术刀片来作为处置部的超声波处置装置。在该超声波处置装置中设置有振动产生单元，该振动产生单元具备将电流转换为超声波振动的压电晶体(压电元件)。在振动产生单元的前端方向侧延伸设置有振动传递杆。在振动传递杆的前端方向侧安装有手术刀片。由压电晶体产生的超声波振动从基端方向经过振动传递杆向前端方向传递。而且，手术刀片利用所传递的超声波振动对生物体组织等处置对象进行处置。由振动传递杆和手术刀片来形成前端侧振动传递部，该前端侧振动传递部连接在振动产生单元的前端方向侧，用于传递来自振动产生单元的超声波振动。另外，由振动产生单元、振动传递杆以及手术刀片来形成振动体单元。
专利文献1：日本特开平7-16254号公报
发明内容
发明要解决的问题
关于如所述专利文献1所示的超声波处置装置，一般地，在处置中使用后，将设置有处置部的前端侧振动传递部(振动传递杆和手术刀片)丢弃，对包括高价的压电元件(压电晶体)的振动产生单元进行再利用。在此，存在形成前端侧振动传递部的材料的种类按每个前端侧振动传递部各不相同的情况。另外，还存在以下情况：即使在所有前端侧振动传递部均由64钛合金形成的情况下，每个前端侧振动传递部中的铝的含有率也各不相同。基于上述观点，每个前端振动传递部之间产生杨氏模量的偏差。
由于每个前端侧振动传递部之间产生杨氏模量的偏差，因此即使在使用同一个振动产生单元的情况下，振动体单元(振动产生单元、振动传递杆以及手术刀片)的超声波振动的谐振频率也根据与振动产生单元连接的前端侧振动传递部的变化而变化。即，每个前端侧振动传递部之间的杨氏模量的偏差对振动体单元的谐振频率造成影响，由于每个前端侧振动传递部之间的杨氏模量的偏差而引起振动体单元的谐振频率产生偏差。振动体单元的谐振频率根据与振动产生单元连接的前端侧振动传递部的变化而变化，由此由电源单元进行的振动体单元的谐振频率的测定变得复杂，发生无法适当地控制从电源单元向超声波振动供给的电流等故障。由此，使用超声波振动进行的处置的处置性能降低。
本发明是着眼于上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使在每个前端侧振动传递部之间产生杨氏模量的偏差的情况下也能够减少振动体单元的谐振频率的偏差的振动产生单元。另外，本发明的目的在于提供一种具备该振动产生单元和前端侧振动传递部的振动体单元以及具备该振动体单元的超声波处置装置。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的某个方式是一种振动产生单元，在该振动产生单元的前端方向侧能够连接前端侧振动传递部，该振动产生单元产生向所述前端侧振动传递部传递的超声波振动，该前端侧振动传递部在前端部设置有处置部，该振动产生单元具备：超声波振子，其通过被供给电流来产生所述超声波振动；振子安装部，其用于安装所述超声波振子；基端侧振动传递部，其在所述振子安装部的基端方向侧沿长边轴延伸设置，将由所述超声波振子产生的所述超声波振动从所述前端方向向所述基端方向传递，在将位于比所述超声波振子更靠所述基端方向侧的位置处的所述超声波振动的波腹位置中的、最靠近所述超声波振子的波腹位置设为基准波腹位置的情况下，基端位于从所述基准波腹位置起向所述基端方向离开与所述超声波振动的半波长的整数倍相等的延设长度的位置处；以及振幅放大部，其在与所述长边轴平行的轴平行方向上设置于所述基端侧振动传递部的所述基端与所述基准波腹位置之间，将在所述基端侧振动传递部中向所述基端方向传递的所述超声波振动的振幅放大。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种即使在每个前端侧振动传递部之间产生杨氏模量的偏差的情况下，也能够减少振动体单元的谐振频率的偏差的振动产生单元。另外，能够提供一种具备该振动产生单元和前端侧振动传递部的振动体单元以及具备该振动体单元的超声波处置装置。
附图说明
图1是表示在本发明的实施方式的作为参照的振动状态的验证中使用的试验振动体的概要图。
图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的超声波处置装置的概要图。
图3是概要性地表示第一实施方式所涉及的振子单元的结构的截面图。
图4是概要性地表示第一实施方式所涉及的振动体单元的截面图。
图5是概要性地表示比较例所涉及的振动体单元的截面图。
图6是概要性地表示第一实施方式的第一变形例所涉及的振动体单元的截面图。
图7是概要性地表示第二实施方式所涉及的振动体单元的截面图。
图8是表示比较例、第一实施方式以及第二实施方式中的超声波探头的杨氏模量与振动体单元的谐振频率的关系的概要图。
图9是表示第三实施方式所涉及的振子单元以及电源单元的结构的概要图。
图10是表示超声波振动的频率与声阻抗的关系的一例的概要图。
图11是概要性地表示第一实施方式至第三实施方式的某个变形例所涉及的振动产生单元的截面图。
图12是概要性地表示第一实施方式至第三实施方式的其它变形例所涉及的振动体单元的截面图。
具体实施方式
(实施方式的作为参照的振动状态的验证)
在说明本发明的实施方式之前，参照图1来说明后述的实施方式的作为参照的振动状态的验证。图1是表示在振动状态的验证中使用的试验振动体100的图。通过模拟等来进行振动状态的验证，使用试验振动体100来验证杨氏模量(E)与谐振频率(Fr)的关系。
如图1所示，试验振动体100沿延设轴T延伸设置。在此，将与延设轴T平行的方向中的一个方向设为第一延设方向(图1的箭头T1的方向)，将与第一延设方向相反的方向设为第二延设方向(图1的箭头T2的方向)。在试验振动体100中，从第一延设方向向第二延设方向传递超声波振动。另外，试验振动体100具有波腹位置A′1～A′6和波节位置N′1～N′5。即，试验振动体100通过传递超声波振动来以具有波腹位置A′1～A′6和波节位置N′1～N′5的规定的振动状态进行振动。
在试验振动体100中，从第一延设方向起依次延伸设置有第一传递区域101、第二传递区域102、第三传递区域103、第四传递区域104以及第五传递区域105。第一传递区域101在波腹位置A′1与波腹位置A′2之间延伸设置，第二传递区域102在波腹位置A′2与波腹位置A′3之间延伸设置，第三传递区域103在波腹位置A′3与波腹位置A′4之间延伸设置，第四传递区域104在波腹位置A′4与波腹位置A′5之间延伸设置，第五传递区域105在波腹位置A′5与波腹位置A′6之间延伸设置。
第三传递区域104具备：截面积减少部106；第一延设部107，其从截面积减少部106起朝向第一延设方向延伸设置；以及第二延设部108，其从截面积减少部106起朝向第二延设方向延伸设置。通过使试验振动体100以规定的振动状态进行振动，来使由超声波振动产生的应力所作用的波节位置N′3位于截面积减少部106。另外，通过截面积减少部106使第二延设部108的垂直于延设轴T的截面积比第一延设部107的垂直于延设轴T的截面积小。通过使垂直于延设轴T的截面积在由超声波振动产生的应力所作用的位置处减少，来利用截面积减少部106将超声波振动的振幅放大(增加)。此外，在第一传递区域101、第二传递区域102、以及第三传递区域103的第一延设部107中，垂直于延设轴T的截面积为S1。另外，在第三传递区域103的第二延设部108中，垂直于延设轴T的截面积为S2，该截面积S2小于截面积S1。
另外，在第三传递区域103与第四传递区域104之间的波腹位置A′4处设置有截面积放大部109。即，通过使试验振动体100以规定的振动状态进行振动，来使波腹位置A′3位于截面积放大部109。通过截面积放大部109使第四传递区域104的垂直于延设轴T的截面积比第三传递区域103的第二延设部108的垂直于延设轴T的截面积大。其中，在位于截面积放大部109的波腹位置A′3处，由超声波振动产生的应力为零。由超声波振动产生的应力不发挥作用，因此在截面积放大部109中，即使垂直于延设轴T的截面积扩大(变化)，超声波振动的振幅也不会减少(不变化)。此外，第四传递区域104和第五传递区域105中的垂直于延设轴T的截面积与第一传递区域101和第二传递区域102中的垂直于延设轴T的截面积同为S1。
在振动状态的验证中，使截面积减少部106中的超声波振动的变换比(放大率)发生变化来验证杨氏模量(E)与谐振频率(Fr)的关系。即，使第一延设部107的垂直于延设轴T的截面积S1相对于第二延设部108的垂直于延设轴T的截面积S2的比率发生变化来进行验证。而且，在各个变换比下验证了针对第四传递区域104中的杨氏模量(E)的变化的试验振动体100的谐振频率(Fr)的变化。
进行验证得到的结果是，证实了截面积减少部106中的超声波振动的变换比越大，则第四传递区域104的杨氏模量(E)的变化对试验振动体100的谐振频率(Fr)造成的影响越大。即，第四传递区域104中的超声波振动的振幅越大，则第四传递区域104的杨氏模量(E)对试验振动体100的谐振频率(Fr)的影响越大。在使第五传递区域105的杨氏模量(E)变化的情况下，也能够得到与使第四传递区域104的杨氏模量(E)变化的情况相同的结果。即，第五传递区域105中的超声波振动的振幅越大(即、截面积减少部106中的超声波振动的变换比越大)，则第五传递区域105的杨氏模量(E)对试验振动体100的谐振频率(Fr)的影响越大。根据以上内容，证实了超声波振动的振幅越大的区域，杨氏模量(E)对谐振频率(Fr)造成的影响越大。
另外，在振动状态的验证中，还在各变换比下验证了针对第三传递区域103中的杨氏模量(E)的变化的试验振动体100的谐振频率(Fr)的变化。关于第三传递区域103，由于设置有垂直于延设轴T的截面积S2变小的第二延设部108，因此第三传递区域103的体积比第四传递区域104的体积和第五传递区域105的体积小。因此，对在第三传递区域103中使杨氏模量(E)变化的情况与在第四传递区域104(第五传递区域105)中使杨氏模量(E)的情况进行比较，杨氏模量(E)与谐振频率(Fr)的关系示出不同的倾向。
在所述验证中，对在第三传递区域103中使杨氏模量(E)变化的情况与在第四传递区域104中使杨氏模量(E)变化的情况之间、杨氏模量(E)与谐振频率(Fr)的关系所示的倾向不同的原因进行了调查。其结果，证实了除了使杨氏模量(E)变化的区域的振幅以外，使杨氏模量(E)变化的区域的体积也对杨氏模量(E)与谐振频率(Fr)的关系造成影响。实际上，第三传递区域103的体积(即、第二延设部108中的垂直于延设轴T的截面积S2)对杨氏模量(E)与谐振频率(Fr)的关系造成了影响。即，证实了体积越大的区域则杨氏模量(E)对谐振频率(Fr)造成的影响越大。
以下，参照上述验证的结果来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
参照图2至图5来说明本发明的第一实施方式。图2是表示本实施方式的超声波处置装置1的结构的图。如图2所示，超声波处置装置1具备作为超声波处置器具的手持件(处置单元)2和连结于手持件2的振子单元3。超声波处置装置1具有穿过手持件2和振子单元3的长边轴C。在此，将与长边轴C平行的方向中的一个方向设为前端方向(图2中的箭头C1的方向)，将与前端方向相反的方向设为基端方向(图2中的箭头C2的方向)。另外，前端方向和基端方向为与长边轴C平行的轴平行方向。振子单元3从基端方向侧连结于手持件2。手持件2是利用超声波振动在生物体组织等处置对象凝固的同时将该处置对象切开的超声波凝固切开处置器具。
手持件2具备保持单元5、护套6、作为前端侧振动传递部的超声波探头7、以及钳口8。保持单元5具备沿长边轴C延伸设置的筒状壳体部11、与筒状壳体部11一体地形成的固定手柄12、以及以能够转动的方式安装于筒状壳体部11的可动手柄13。可动手柄13以安装于筒状壳体部11的安装位置为中心进行转动，由此可动手柄13相对于固定手柄12进行打开动作或关闭动作。另外，保持单元5具备安装于筒状壳体部11的前端方向侧的旋转操作钮15。旋转操作钮15能够以长边轴C为中心相对于筒状壳体部11进行旋转。另外，在固定手柄12上安装有作为供给操作输入部的供给操作输入按钮16。
护套6沿长边轴C延伸设置。护套6从前端方向侧被插入到旋转操作钮15的内部和筒状壳体部11的内部，由此护套6被安装于保持单元5。作为前端侧振动传递部的超声波探头7从筒状壳体部11的内部朝向前端方向地沿长边轴C延伸设置。另外，超声波探头7被插入到护套6中。在超声波探头7中设置有从护套6的前端朝前端方向突出的处置部17。
钳口8以能够转动的方式安装于护套6的前端部。可动手柄13在筒状壳体部11的内部连接于护套6的可动筒状部(未图示)。可动筒状部的前端连接于钳口8。通过使可动手柄13相对于固定手柄12打开和关闭来使可动筒状部沿长边轴C移动。由此，钳口8以安装于护套6的安装位置为中心进行转动，相对于超声波探头7的处置部17进行打开动作或关闭动作。另外，护套6、超声波探头7以及钳口8能够与旋转操作钮15一体地以长边轴C为中心相对于筒状壳体部11进行旋转。
在振子单元3的基端处连接有线缆18的一端。线缆18的另一端连接于电源单元20。电源单元20具备输出电流的电流供给部21和控制电流供给部21的供给控制部22。电流供给部21例如包括电源和放大电路(驱动电路)等，供给控制部22例如包括CPU(CentralProcessingUnit：中央处理单元)或ASIC(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)、以及存储器等存储部。而且，电源单元20例如是具备形成电流供给部21和供给控制部22的部件、电路等的电源装置。
图3是表示振子单元3的结构的图。如图3所示，振子单元具备外侧振子壳体25和位于外侧振子壳体25的内部的内侧振子壳体26。外侧振子壳体25和内侧振子壳体26沿长边轴C延伸设置，从基端方向侧被插入到保持单元5的筒状壳体部11的内部。而且，外侧振子壳体25和内侧振子壳体26在筒状壳体部11的内部连结于护套6。
在内侧振子壳体26的内部设置有产生超声波振动的振动产生单元30。由外侧振子壳体25、内侧振子壳体26以及振动产生单元30来形成振子单元3。振动产生单元30具备超声波振子31。超声波振子31具备将电流转换为超声波振动的(在本实施方式中为四个)压电元件32A～32D以及两个电极部33A、33B。
在此，将垂直于长边轴C的截面中远离长边轴C的方向设为外周方向(离轴方向)，将与外周方向相反的方向设为内周方向(近轴方向)。而且，将外周方向和周方向设为径向。在内侧振子壳体26上形成有沿径向贯穿内侧振子壳体26的两个贯穿孔27A、27B。另外，在径向上且外侧振子壳体25与内侧振子壳体26之间形成有间隙部28。电极部33A具备从贯穿孔27A朝向外周方向突出到间隙部28的突出部35A。另外，电极部33B具备从贯穿孔27B朝向外周方向突出到间隙部28的突出部35B。
在电极部33A的突起部35A上连接有电配线36A的一端。另外，在电极部33B的突起部35B上连接有电配线36B的一端。电配线36A、36B经过间隙部28和线缆18的内部地延伸设置。电配线36A、36B的另一端连接于电源单元20的电流供给部21。电流从电流供给部21经由电配线36A、36B被供给到超声波振子31，由此在超声波振子31中产生超声波振动。
振动产生单元30具备用于安装超声波振子31的柱状的变幅杆37。变幅杆37沿长边轴C延伸设置。变幅杆37具备用于安装超声波振子31的振子安装部38。另外，在变幅杆37中，在比振子安装部38更靠前端方向侧的位置处形成有截面积变化部41。在截面积变化部41中，随着从基端方向去向前端方向，垂直于长边轴C的截面积减少。在变幅杆38的前端部形成有内螺纹部42。内螺纹部42位于比截面积变化部41更靠前端方向侧的位置处。在振子安装部38的基端部形成有外螺纹部43。另外，振动产生单元30在振动安装部38的基端方向侧具备沿长边轴C延伸设置的作为基端侧振动传递部的柱状的棒状构件45。
超声波探头7连接于振动产生单元30的前端方向侧。超声波探头7在筒状壳体部11的内部连接于振动产生单元30。通过将超声波探头7连接于振动产生单元30，来形成通过超声波振动来进行振动的振动体单元10。
图4是表示振动体单元10的结构的图。如图4所示，在超声波探头7的基端部形成有外螺纹部46。通过使外螺纹部46与变幅杆37的内螺纹部42进行螺纹接合，来将超声波探头7连接于振动产生单元30的变幅杆37的前端方向侧。在棒状构件45的前端部形成有内螺纹部47。通过将振子安装部38的外螺纹部43与内螺纹部47进行螺纹接合，来将棒状构件45连接于变幅杆37的基端方向侧。超声波振子31以被夹在变幅杆37的截面积变化部41与棒状构件45之间的状态安装于振子安装部38。此外，超声波探头7、变幅杆37以及棒状构件45由64钛合金等超声波振动的传递性高的材料形成。
通过利用保持单元5的供给操作输入按钮16输入供给操作，来经由经过内侧振子壳体26和线缆18的内部地延伸设置的电信号路径向电源单元20的供给控制部22传递操作信号。由此，供给控制部22控制电流供给部21，以使电流供给部21向超声波振子31供给电流。然后，在超声波振子31中产生超声波振动。
在超声波振子31中产生的超声波振动经由变幅杆37被传递到超声波探头7。此时，超声波振动的振幅通过变幅杆37的截面积变化部41而被放大。在超声波探头7中，从基端方向向前端方向传递超声波振动。然后，设置于超声波探头7的前端部的处置部17使用所传递的超声波振动对生物体组织等处置对象进行处置。另外，在超声波振子31中产生的超声波振动被传递到棒状构件45。然后，在棒状构件45中，从前端方向向基端方向传递超声波振动。此外，通过超声波振动，振动体单元10进行振动方向和传递方向平行于长边轴C的纵向振动。
通过在超声波探头7的处置部17与钳口8之间把持有处置对象的状态下使振动体单元10进行振动，来使处置部17与处置对象之间产生摩擦热。利用所产生的摩擦热，在处置对象凝固的同时将该处置对象切开。
振动体单元10以具有波腹位置(例如A1～A3)和波节位置(例如N1、N2)的谐振频率Fr进行振动。此时，振动体单元10的前端(超声波探头7的前端)处于超声波振动的波腹位置A1。另外，振动体单元10的基端(棒状构件45的基端)处于超声波振动的波腹位置A3。波腹位置A1是超声波振动的波腹位置(例如A1～A3)中最靠前端方向侧的最前端波腹位置。另外，波腹位置A3是超声波振动的波腹位置(例如A1～A3)中最靠基端方向侧的最基端波腹位置。在谐振频率Fr的振动中，超声波振动的波节位置N1位于变幅杆37的截面积变化部41。波节位置N1位于比超声波振子31更靠前端方向侧的位置处。
在谐振频率Fr的振动中，变幅杆37的基端处于超声波振动的波腹位置A2。波腹位置A2位于比超声波振子31更靠基端方向侧的位置处。另外，将位于比超声波振子31更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波腹位置(例如A2、A3)中的、最靠近超声波振子31的波腹位置设为基准波腹位置的情况下，波腹位置A2为基准波腹位置。在本实施方式中，作为基端侧传递部的棒状构件45的基端位于从波腹位置(基准波腹位置)A2起向基端方向离开与谐振频率Fr下的超声波振动的半波长(半波长的1倍)相等的延设尺寸L1的位置处。因而，在与长边轴C平行的轴平行方向上，波腹位置(最基端波腹位置)A3从波腹位置(基准波腹位置)A2离开与超声波振动的半波长相等的延设尺寸L1。
在作为基端侧振动传递部的棒状构件45中，在与长边轴C平行的轴平行方向上且棒状构件45的基端与波腹位置(基准波腹位置)A2之间设置有截面积减少部51。在棒状构件45中，从截面积减少部51向前端方向延伸设置有第一传递区域52，从截面积减少部51向基端方向延伸设置有第二传递区域53。因而，截面积减少部51在轴平行方向上位于第一传递区域52与第二传递区域53之间。通过截面积减少部51使棒状构件45在第二传递区域53中的垂直于长边轴C的截面积相比于棒状构件45在第一传递区域52中的垂直于长边轴C的截面积减少。在本实施方式中，截面积减少部51位于谐振频率Fr下的超声波振动的波节位置N2。
在与超声波振动的波腹位置(例如A1～A3)不同的位置处，由超声波振动产生的应力发挥作用。在振动体单元10中，在由超声波振动产生的应力发挥作用的位置处，垂直于长边轴C的截面积减少，由此超声波振动的振幅增加。因此，通过截面积减少部51来使棒状构件45(振动体单元10)的垂直于长边轴C的截面积减少，由此使从前端方向向基端方向传递的超声波振动的振幅增加。即，截面积减少部51成为将在棒状构件45中向基端方向传递的超声波振动的振幅放大的振幅放大部。
另外，与波节位置以外的位置相比，在超声波振动的波节位置(例如N1、N2)处由超声波振动产生的应力变大。在由超声波振动产生的应力大的波节位置N2处，棒状构件45的垂直于长边轴C的截面积减少，因此截面积减少部51中的超声波振动的振幅的变换比(放大率)变大。由于截面积减少部51中的超声波振动的振幅的变换比变大，而第二传递区域53中的振幅相对于第一传递区域52中的振幅的比率变大。在此，在位于比波腹位置(基准波腹位置)A2更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波节位置(例如N2)中，波节位置N2最靠近波腹位置(基准波腹位置)A2。
接着，对超声波处置装置1的作用和效果进行说明。在使用超声波处置装置1对生物体组织等处置对象进行处置时，将护套6、超声波探头7以及钳口8插入到体腔内。然后，使处置对象位于钳口8与处置部17之间。在该状态下，使可动手柄13相对于固定手柄12进行关闭动作，由此使钳口8相对于处置部17进行关闭动作来将处置对象把持在钳口8与处置部17之间。在把持着处置对象的状态下，通过利用供给操作输入按钮16输入供给操作来从电流供给部21向超声波振子31供给电流。然后，在超声波振子31中产生超声波振动，在超声波探头7中从基端方向向前端方向传递超声波振动。然后，处置部17使用所传递的超声波振动进行处置，并如上所述那样在处置对象凝固的同时将该处置对象切开。此时，在棒状构件45中从前端方向向基端方向传递所产生的超声波振动。
在处置结束后，将设置有处置部17的超声波探头(前端侧振动传递部)7丢弃，对包括高价的压电元件32A～32D的振动产生单元30(振子单元3)进行再利用。因而，在每次进行处置时更换超声波探头7。在此，存在形成超声波探头7的材料的种类按每个超声波探头7而相同的情况。另外，还存在以下情况：即使在所有超声波探头7均由64钛合金形成的情况下，每个超声波探头7中的铝的含有率也各不相同。因此，每个超声波探头7之间产生杨氏模量Ea的偏差。超声波探头7的杨氏模量Ea对振动体单元10的谐振频率Fr造成影响。因此，由于每个超声波探头7之间产生杨氏模量Ea的偏差，因此振动体单元10的谐振频率Fr根据与振动产生单元30连接的超声波探头7的变化而变化。即，由于每个各超声波探头7之间的杨氏模量Ea的偏差而导致振动体单元10的谐振频率Fr产生偏差。
在此，作为比较例，在图5中示出振动体单元10′。如图5所示，与第一实施方式的振动体单元10同样地，在振动体单元10′中设置有超声波探头7′、变幅杆37′以及超声波振子31′。另外，振动体单元10′以具有波腹位置(例如A1、A2)和波节位置(例如N1)的谐振频率Fr进行振动。而且，位于超声波探头7′的前端的波腹位置A1为最前端波腹位置。但是，与第一实施方式的振动体单元10(振动产生单元30)不同的是，在振动体单元10′(振动产生单元30′)中未设置棒状构件(基端侧振动传递部)45，而是取而代之地设置后块45′。超声波振子31′以被夹在后块45′与变幅杆37′的截面积变化部41′之间的状态安装于振子安装部38′。
在与长边轴C平行的轴平行方向上，后块45′的基端的位置与变幅杆37′的基端的位置一致。因而，变幅杆37′的基端为振动体单元10′的基端(振动产生单元30′的基端)。另外，在振动体单元10′中，位于振动体单元10′的基端的波腹位置A2为最基端波腹位置，只有一个波腹位置A2位于比超声波振子31′更靠基端方向侧的位置处。因此，与第一实施方式的振动体单元10(振动产生单元30)相比，振动体单元10′(振动产生单元30′)在轴平行方向上的尺寸减小超声波振动的半波长。
在振动体单元10′的情况下，振动产生单元30′在轴平行方向上的尺寸变小，因此振动产生单元30′的杨氏模量Eb对振动体单元10′的谐振频率Fr的影响变小。因此，每个超声波探头7′之间的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10′的谐振频率Fr造成大的影响。
因此，在本实施方式中，为了使每个超声波探头7之间的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响降低，而设置有棒状构件(基端侧振动传递部)45。通过设置棒状构件45来使棒状构件45的杨氏模量Ec对振动体单元10的谐振频率Fr产生影响。即，与不设置棒状构件45的情况(图5中的比较例)相比，轴平行方向上的尺寸增大超声波振动的半波长，由此振动产生单元30的杨氏模量Eb对振动体单元10的谐振频率Fr的影响变大。因而，与图5中的比较例相比，每个超声波探头7之间的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响变小。
另外，在作为基端侧振动传递部的棒状构件45中，通过截面积减少部51使从前端方向向基端方向传递的超声波振动的振幅放大。因此，在向截面积减少部51的基端方向侧延伸设置的第二传递区域53中，超声波振动的振幅变大。根据上述的振动状态的验证结果，超声波振动的振幅越大的区域，杨氏模量(E)对谐振频率(Fr)造成的影响越大。通过在棒状构件45中设置超声波振动的振幅大的第二传递区域53，使棒状构件45的杨氏模量Ec对振动体单元10的谐振频率Fr造成的影响变大，振动产生单元30的杨氏模量Eb对振动体单元10的谐振频率Fr的影响进一步变大。因而，每个超声波探头7之间的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响进一步变小。由此，即使在作为前端侧振动传递部的每个超声波探头7之间产生杨氏模量Ea的偏差的情况下，也能够减少振动体单元10的谐振频率Fr的偏差。
另外，在包括位于截面积减少部51的波节位置N2在内的超声波振动的波节位置(例如N1、N2)处由超声波振动产生的应力相比于在波节位置以外的位置处由超声波振动产生的应力变大。在超声波振动的应力变大的波节位置N2处设置有截面积减少部51，因此截面积减少部51中的超声波振动的振幅的变换比(放大率)变大。由于截面积减少部51中的超声波振动的振幅的变换比变大，因此第二传递区域53中的振幅变大。由此，棒状构件45的杨氏模量Ec对振动体单元10的谐振频率Fr造成的影响进一步变大，每个超声波探头7之间的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响进一步变小。由此，即使在作为前端侧振动传递部的每个超声波探头7之间产生杨氏模量Ea的偏差的情况下，也能够进一步有效地减少振动体单元10的谐振频率Fr的偏差。
(第一实施方式的变形例)
此外，在第一实施方式中，棒状构件45的基端(振动体单元10的基端)位于从波腹位置(基准波腹位置)A2起向基端方向离开超声波振动的半波长的位置处，但并不限于此。例如，作为第一实施方式的第一变形例，也可以是，棒状构件45的基端(振动体单元10的基端)如图6所示那样位于从波腹位置(基准波腹位置)A2起向基端方向离开与谐振频率Fr下的超声波振动的一个波长(半波长的2倍)相等的延设尺寸L2的位置处。本变形例的振动体单元10以具有波腹位置(例如A1～A4)和波节位置(例如N1～N3)的谐振频率Fr进行振动。
位于超声波探头7的前端的波腹位置A1为最前端波腹位置，位于棒状构件45的基端的波腹位置A4为最基端波腹位置。另外，波腹位置(基准波腹位置)A2位于变幅杆37的基端，是位于比超声波振子31更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波腹位置(例如A2～A4)中的、最靠近超声波振子31的波腹位置。因而，在本变形例中，棒状构件45(振动体单元10)在与长边轴C平行的轴平行方向上的尺寸相比于第一实施方式中的尺寸增大半波长。
另外，在本变形例中，也在波腹位置A2与波腹位置A3之间的波节位置N2处设置有作为振幅放大部的截面积减少部51。在本变形例中，第二传递区域53经过波腹位置A3向基端方向延伸设置到波腹位置(最基端波腹位置)A4。在本变形例中，在位于比波腹位置(基准波腹位置)A2更靠基端方向侧的超声波振动的波节位置(例如N2、N3)中，波节位置N2最靠近波腹位置(基准波腹位置)A2。通过设为如上所述的结构，第二传递区域53在轴平行方向上的尺寸相比于第一实施方式增大半波长。
由于第二传递区域53在轴平行方向上的尺寸变大，因此超声波振动的振幅大的第二传递区域53的体积变大。根据上述振动状态的验证结果，体积越大的区域，杨氏模量(E)对谐振频率(Fr)造成的影响越大。在棒状构件45中第二传递区域53的体积变大，由此与第一实施方式相比，棒状构件45的杨氏模量Ec对振动体单元10的谐振频率Fr造成的影响变大，振动产生单元30的杨氏模量Eb对振动体单元10的谐振频率Fr的影响进一步变大。因而，每个超声波探头7之间的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响进一步变小。由此，即使在作为前端侧振动传递部的每个超声波探头7之间产生杨氏模量Ea的偏差的情况下，也能够进一步有效地减少振动体单元10的谐振频率Fr的偏差。
(第二实施方式)
接着，参照图7对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式是将第一实施方式的结构进行如下变形而得到的。此外，对与第一实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。
图7是表示第二实施方式所涉及的振动体单元10的结构的图。如图7所示，本实施方式的振动体单元10以具有波腹位置(例如A1～A4)和波节位置(例如N1～N3)的谐振频率Fr进行振动。位于超声波探头7的前端的波腹位置A1为最前端波腹位置，位于棒状构件45的基端的波腹位置A4为最基端波腹位置。另外，波腹位置(基准波腹位置)A2位于变幅杆37的基端，是位于比超声波振子31更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波腹位置(例如A2～A4)中的、最靠近超声波振子31的波腹位置。因而，在本实施方式例中，棒状构件45(振动体单元10)在与长边轴C平行的轴平行方向上的尺寸相比于第一实施方式增大半波长。
另外，在本实施方式中，也在波腹位置A2与波腹位置A3之间的波节位置N2处设置有作为振幅放大部的截面积减少部51。在位于比波腹位置(基准波腹位置)A2更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波节位置(例如N2、N3)中，波节位置N2最靠近波腹位置(基准波腹位置)A2。
而且，在本实施方式中，第一延设区域55向第二传递区域53的基端方向侧连续。因而，第一延设区域55位于比作为振幅放大部的截面积减少部51更靠基端方向侧的位置处。第二传递区域53和第一延设区域55在波节位置N2与波腹位置A3之间延伸设置。另外，在棒状构件45中，第二延设区域56设置于比第一延设区域55更靠基端方向侧的位置处。第二延设区域56从波腹位置A3向基端方向延伸设置。而且，第二延设区域56延伸设置到位于棒状构件45的基端(振动体单元10的基端)的波腹位置(最基端波腹位置)A4。
在与长边轴C平行的轴平行方向上且第一延设区域55与第二延设区域56之间设置有截面积放大部57。通过截面积放大部57使棒状构件45在第二延设区域56中的垂直于长边轴C的截面积相比于棒状构件45在第一延设区域55中的垂直于长边轴C的截面积扩大。由此，第二延设区域56体积变大。在谐振频率Fr的振动中，波腹位置(截面变化波腹位置)A3位于截面积放大部57。波腹位置(截面积变化波腹位置)A3是在轴平行方向上位于作为振幅放大部的截面积减少部51与棒状构件45的基端之间的超声波振动的波腹位置中的一个位置。另外，在位于比截面积减少部51更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波腹位置(例如A3、A4)中，波腹位置(截面变化波腹位置)A3最靠近截面积减少部(振幅放大部)51。
在包括截面积放大部57所处的波腹位置A3在内的超声波振动的波腹位置(例如A1～A4)处，由超声波振动产生的应力为零。由超声波振动产生的应力不发挥作用，因此在截面积放大部57中，即使垂直于长边轴C的截面积扩大(变化)，超声波振动的振幅也不减小(不变化)。因而，超声波振动以振幅不减小的方式从第一延设区域55向第二延设区域56传递。即，在保持着通过截面积减少部51被放大后的振幅的状态下，超声波振动被传递到第二延设区域56。因此，在第二延设区域56中，超声波振动的振幅变大。
在本实施方式中，振幅大且垂直于长边轴C的截面积(即、体积)大的第二延设区域56在棒状构件45中遍及超声波振动的半波长地延伸设置。根据上述振动状态的验证结果，超声波振动的振幅越大的区域，杨氏模量(E)对谐振频率(Fr)造成的影响越大，体积越大的区域，杨氏模量(E)对谐振频率(Fr)造成的影响越大。通过在棒状构件45中设置振幅大且体积大的第二延设区域56，相比于第一实施方式，棒状构件45的杨氏模量Ec对振动体单元10的谐振频率Fr造成的影响变大，振动产生单元30的杨氏模量Eb对振动体单元10的谐振频率Fr的影响进一步变大。因而，各个超声波探头7的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响进一步变小。由此，即使在作为前端侧振动传递部的每个超声波探头7之间产生杨氏模量Ea的偏差的情况下，也能够进一步有效地减少振动体单元10的谐振频率Fr的偏差。
另外，在位于比截面积减少部51更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波腹位置(例如A3、A4)中，位于截面积放大部55的波腹位置(截面变化波腹位置)A3最靠近截面积减少部(振幅放大部)51。通过设为如上所述的结构，第二延设区域56在轴平行方向上的尺寸变大，能够进一步增大第二延设区域56的体积。
(比较例、第一实施方式以及第二实施方式的比较)
图8是表示比较例、第一实施方式以及第二实施方式中的超声波探头7(7′)的杨氏模量Ea与振动体单元10(10′)的谐振频率Fr的关系的图。如图8所示，连接于振动产生单元30(30′)的超声波探头7(7′)的杨氏模量Ea在最大值Eamax与最小值Eamin之间产生偏差。在比较例中，振动体单元10′的谐振频率Fr在最大值Fr1max于最小值Fr1min之间产生偏差。与此相对地，在第一实施方式中，振动体单元10的谐振频率Fr在最大值Fr2max与最小值Fr2min之间产生偏差，与比较例相比，振动体单元10(10′)的谐振频率Fr的偏差变小。并且，在第二实施方式中，振动体单元10的谐振频率Fr在最大值Fr3max与最小值Fr3min之间产生偏差，与第一实施方式相比，振动体单元10的谐振频率Fr的偏差进一步变小。
此外，在图8中，横轴表示超声波探头7(7′)的杨氏模量Ea，纵轴表示振动体单元10(10′)的谐振频率Fr。因此，与比较例相比，在第一实施方式中直线的斜率变小。而且，与第一实施方式相比，在第二实施方式中直线的斜率变小。
(第三实施方式)
接着，参照图9和图10来说明本发明的第三实施方式。第三实施方式是将第一实施方式的结构进行如下变形而得到的。此外，对与第一实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。
图9是表示本实施方式的振子单元3和电源单元20的结构的图。如图9所示，在本实施方式中，在振动产生单元30中设置有作为存储部的存储器61。在存储器61中存储有振动产生单元30的超声波振动的振动特性。例如，在存储器61中存储有与振动产生单元30的杨氏模量Eb有关的信息、振动体单元10的谐振频率Fr的标准值等。
在由变幅杆37、超声波振子31以及棒状构件45形成的振动产生单元30中，基于与超声波探头7相同的理由，在每个振动产生单元30中产生杨氏模量Eb的偏差。即使在每个超声波探头7的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响小的情况下，也由于在每个振动产生单元30之间产生杨氏模量Eb的偏差而在振动频率Fr中产生偏差。因此，由电源单元20的供给控制部22进行的振动体单元10的谐振频率Fr的测定复杂化。
图10是表示超声波振动的频率f与声阻抗Z的关系的图。声阻抗Z根据振动体单元10的振动状态而变化。因此，如图10所示，由于超声波振动的频率f的变化而声阻抗Z变化。另外，超声波振动的频率f与声阻抗Z的关系根据振动产生单元30的杨氏模量Eb的变化而变化。例如，在振动体单元10中使用某个振动产生单元30(杨氏模量为Eb1的振动产生单元30)的情况下，超声波振动的频率f与声阻抗Z的关系如图10中的实线所示那样变化。另外，在振动体单元10中使用其它振动产生单元30(杨氏模量为Eb2的振动产生单元30)的情况下，超声波振动的频率f与声阻抗Z的关系如图10中的虚线所示那样变化。
在进行处置时，供给控制部22通过PLL(PhaseLockLoop：锁相环路)控制来控制从电流供给部21向超声波振子31供给的电流，对振动体单元10的谐振频率Fr进行测定。即，在超声波振动的规定的频率区域(例如Δf1、Δf2)中检测出声阻抗Z最小的频率f来作为谐振频率Fr。例如，在振动体单元10中使用杨氏模量为Eb1的振动产生单元30的情况下，检测出频率f1来作为谐振频率Fr。另外，在振动体单元10中使用杨氏模量为Eb2的振动产生单元30的情况下，检测出频率f2来作为谐振频率Fr。
存储器61经由电信号线62连接于供给控制部22。供给控制部22基于存储器61中存储的振动产生单元30的振动特性来控制从电流供给部21供给的电流的供给状态。另外，供给控制部22基于振动产生单元30的振动特性来测定在振动产生单元30上连接有超声波探头7的振动体单元10的谐振频率Fr。基于振动产生单元30的振动特性来测定振动体单元10的谐振频率Fr，因此供给控制部22仅在谐振频率Fr附近的规定的频率区域(例如Δf1、Δf2)进行谐振频率Fr的测定，在远离谐振频率Fr的频率区域不进行测定。因此，能够利用电源单元20的供给控制部22适当且容易地进行振动体单元10的谐振频率Fr的测定，并且从电源单元20的电流供给部21向超声波振子31适当地供给电流。因而，能够有效地确保使用超声波振动进行的处置的处置性能。
(其它变形例)
此外，在所述实施方式以及变形例中，在振动产生单元30中仅设置有一个超声波振子31，但并不限于此。例如，作为所述实施方式的某个变形，例如也可以如图11所示那样在振动产生单元30中设置多个(在本变形例中为两个)超声波振子31A、31B。超声波振子31A、31B在与长边轴C平行的轴平行方向上彼此分离地设置。在本变形例中，波腹位置A3为最基端波腹位置。另外，超声波振子31B为超声波振子(例如31A、31B)中的最靠近基端方向侧的最基端振子。波腹位置A2位于比超声波振子(最基端振子)31B更靠基端方向侧的位置处。而且，波腹位置(基准波腹位置)A2为位于比超声波振子(最基端振子)31B更靠基端方向侧的位置处的超声波振动的波腹位置(例如A2、A3)中的、最靠近超声波振子31B的波腹位置。
另外，棒状构件45的基端(振动体单元10的基端)位于从波腹位置(基准波腹位置)A2起向基端方向离开与谐振频率Fr下的超声波振动的半波长相等的延设尺寸L3的位置处。而且，在轴平行方向上且棒状构件45的基端(波腹位置A3)与波腹位置(基准波腹位置)A2之间设置有作为振幅放大部的截面积减少部51。在本变形例中，与第一实施方式同样地，谐振频率Fr下的超声波振动的波节位置N2位于截面积减少部51。
另外，在所述实施方式以及变形例中，振动体单元10的处置部17用于将超声波凝固切开，但并不限于此。例如，作为所述实施方式的其它变形例，如图12所示，也可以在振动体单元10中沿长边轴C形成路径部65。由于形成有路径部65，因此振动体单元10形成为中空的筒状。在本变形例中，振动体单元10的前端面66被用作处置部。振动体单元10在生理盐水等液体被输送到超声波探头7的前端部输的状态下进行振动，由此在前端面66的附近产生气穴。利用所产生的气穴使生物体组织等处置对象粉碎和乳化。然后，粉碎和乳化后的处置对象经由路径部65被吸引和回收。如上述那样，在本变形例中，振动体单元10用于超声波吸引处置。与所述实施方式和变形例同样地，在本变形例中也能够使每个超声波探头7之间的杨氏模量Ea的偏差对振动体单元10的谐振频率Fr的影响降低。
另外，在所述实施方式以及变形例中，说明了超声波探头7的杨氏模量Ea对振动体单元10的谐振频率Fr的影响，但是超声波探头7的泊松比、密度等除杨氏模量Ea以外的物理性质也对振动体单元10的谐振频率Fr造成影响。在上述实施方式以及变形例中，通过在振动产生单元30中设置棒状构件(基端侧振动传递部)45和截面积减少部(振幅放大部)51，除了能够降低超声波探头7的杨氏模量Ea对振动体单元10的谐振频率Fr的影响以外，还能够降低泊松比、密度等对振动体单元10的谐振频率Fr的影响。
根据上述实施方式以及变形例，只要基端侧振动传递部(45)的基端位于从基准波腹位置(A2)起向基端方向离开与超声波振动的半波长的整数倍相等的延设尺寸(L1；L2)的位置处即可。在此，基准波腹位置(A2)是位于比超声波振子(31)更靠基端方向侧的位置处的波腹位置(A2、A3；A2～A4)中的、最靠近超声波振子(31；31B)的波腹位置。而且，只要在轴平行方向上且基端侧振动传递部(45)的基端与基准波腹位置(A2)之间设置将向基端方向传递的超声波振动的振幅放大的振幅放大部(51)即可。
以上，对本发明的实施方式等进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式等，在不脱离本发明的要旨的范围内能够进行各种变形，这是不言而喻的。

Claims (9)

1.一种振动产生单元，在该振动产生单元的前端方向侧能够连接前端侧振动传递部，该振动产生单元产生向所述前端侧振动传递部传递的超声波振动，该前端侧振动传递部在前端部设置有处置部，该振动产生单元具备：
超声波振子，其通过被供给电流来产生所述超声波振动；
振子安装部，其用于安装所述超声波振子；
基端侧振动传递部，其在所述振子安装部的基端方向侧沿长边轴延伸设置，将由所述超声波振子产生的所述超声波振动从所述前端方向向所述基端方向传递，在将位于比所述超声波振子更靠所述基端方向侧的位置处的所述超声波振动的波腹位置中的、最靠近所述超声波振子的波腹位置设为基准波腹位置的情况下，基端位于从所述基准波腹位置起向所述基端方向离开与所述超声波振动的半波长的整数倍相等的延设长度的位置处；以及
振幅放大部，其在与所述长边轴平行的轴平行方向上设置于所述基端侧振动传递部的所述基端与所述基准波腹位置之间，将在所述基端侧振动传递部中向所述基端方向传递的所述超声波振动的振幅放大。
2.根据权利要求1所述的振动产生单元，其特征在于，
所述基端侧振动传递部具备从所述振幅放大部向所述前端方向延伸设置的第一传递区域和从所述振幅放大部向所述基端方向延伸设置的第二传递区域，
所述振幅放大部具备截面积减少部，该截面积减少部在所述轴平行方向上设置于所述第一传递区域与所述第二传递区域之间，使所述基端侧振动传递部在所述第二传递区域中的垂直于所述长边轴的截面积相比于所述基端侧振动传递部在所述第一传递区域中的垂直于所述长边轴的截面积减小，并且该截面积减少部位于与所述超声波振动的波腹位置不同的位置处。
3.根据权利要求2所述的振动产生单元，其特征在于，
所述截面积减少部位于在比所述基准波腹位置更靠所述基端方向侧的位置处的所述超声波振动的波节位置中最靠近所述基准波腹位置的波节位置处。
4.根据权利要求1所述的振动产生单元，其特征在于，
所述基端侧振动传递部具备：
第一延设区域，其设置于比所述振幅放大部更靠所述基端方向侧的位置处；
第二延设区域，其设置于比所述第一延设区域更靠所述基端方向侧的位置处；以及
截面积放大部，其在所述轴平行方向上设置于所述第一延设区域与所述第二延设区域之间，使所述基端侧振动传递部在所述第二延设区域中的垂直于所述长边轴的截面积相比于所述基端侧振动传递部在所述第一延设区域中的垂直于所述长边轴的截面积扩大，并且该截面积放大部位于截面变化波腹位置，该截面变化波腹位置是在所述轴平行方向上位于所述振幅放大部与所述基端侧振动传递部的所述基端之间的所述超声波振动的所述波腹位置中的一个波腹位置。
5.根据权利要求4所述的振动产生单元，其特征在于，
所述截面变化波腹位置在位于比所述振幅放大部更靠所述基端方向侧的位置处的所述超声波振动的波腹位置中最靠近所述振幅放大部。
6.根据权利要求1所述的振动产生单元，其特征在于，
所述超声波振子是在所述轴平行方向上设置于彼此分离的位置处的多个超声波振子，
在将所述超声波振子中位于最靠所述基端方向侧的位置处的超声波振子设为最基端振子的情况下，所述基准波腹位置是位于比所述最基端振子更靠所述基端方向侧的位置处的所述超声波振动的波腹位置中的、最靠近所述最基端振子的波腹位置。
7.一种振动体单元，具备：
根据权利要求1所述的振动产生单元；以及
所述前端侧振动传递部，其在所述振动产生单元的所述前端方向侧沿所述长边轴延伸设置，将所述超声波振动从所述基端方向向所述前端方向传递，所述前端侧振动传递部在所述前端部具备所述处置部，所述超声波振动被传递至该处置部。
8.一种超声波处置装置，具备：
根据权利要求7所述的振动体单元；以及
电源单元，其具备向所述超声波振子供给所述电流的电流供给部。
9.根据权利要求8所述的超声波处置装置，其特征在于，
所述振动产生单元具备存储部，该存储部存储有所述振动产生单元的所述超声波振动的振动特性，
所述电源单元具备供给控制部，该供给控制部基于所述存储部中存储的所述振动产生单元的所述振动特性来控制从所述电流供给部供给所述电流的供给状态，基于所述振动产生单元的所述振动特性来测定在所述振动产生单元上连接有所述前端侧振动传递部的所述振动体单元的谐振频率。
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