JP2002209906A - 超音波ハンドピ−ス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波発振機構から伝達される縦振動を変換
処理して超音波ホ−ン先端において縦−捩れの合成振動
を出力して、操作性、操作効率に優れ、高精度の外科手
術あるいは素材加工を実現する。 【解決手段】 超音波ハンドピ−スは、縦振動素子とこ
の両端に取り付けた裏打ち板および前面板からなり所定
周波数の超音波振動を出力する超音波発振機構と、この
超音波発振機構に連結されて前記超音波発振機構から伝
達される振動を増幅するホ−ンと、前記超音波発振機構
から伝達される振動を縦−捩れの合成振動に変換する振
動変換機構を具えてなり、前記振動変換機構は、前記ホ
−ンおよびまたは前記裏打ち板の周面に形成した１以上
の溝部で構成することにより、課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、超音波ハンドピ
−スに係り、詳しくは振動源からの縦振動を変換してホ
−ン先端において縦−捩れの合成振動が生成されるよう
にした超音波ハンドピ−スに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波ハンドピ−スは、従来より外科分
野における各種手術具の一つとして、あるいはまた、各
種素材の加工用機器として使用されている。図１０は、
手術具としての従来の超音波ハンドピ−スを示し、超音
波発振回路によって高周波を発生させ、その高周波電力
を図１０（ａ）に示すようなハンドピ−ス部１によりメ
ス部４ａの機械的超音波振動に変換するようになってい
る。すなわち、図示のハンドピ−ス部１にはその外郭を
なす管状部材２内に図１０（ｂ）に示すような振動機構
３（電歪型、磁歪型）が内蔵され、これが管状部材２か
ら突出するホ−ン４に固定された構成を有している。こ
の振動機構３は、振動子３ａとその両端に取り付けた金
属製の裏打ち板３ｂおよび前面板３ｃとにより構成され
ており、図外の超音波発振回路から供給された高周波電
力は、この振動機構３で機械的振動に変換され、その機
械的振動はメス部であるホ−ン４の先端４ｂに伝達され
る。また、図において、５は手術部位に対して生理食塩
水などを供給するイリゲ−ションパイプ、６は吸引口４
ｂから血液、手術に伴い発生する切除細片等を回収する
ための吸引パイプである。 なお、この吸引パイプ６に
替えて、図１０（ｃ）に示すように振動機構３の中央部
に吸引口４ｂと連通する吸引経路３ｄを形成し、振動機
構３の冷却機能を兼備させることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
超音波ハンドピ−スにあっては、生体における手術、各
種素材の加工等において作業部となるホ−ン先端の振動
は、超音波発振機構を構成する振動素子により規制され
ることになる。 例えば、振動素子の特性が軸方向に沿
ったいわゆる縦振動である場合、ホ−ン先端には縦振動
が生成されることになる。 しかしながら、外科手術あ
るいは各種素材の加工においても、切削等の所要作業の
効率を図り、あるいは微細な作業を切れ味よくスム−ズ
になすために作業部には縦振動に加えて、軸まわりに反
復回動するいわゆる捩れ振動が求められる。 このた
め、振動機構の振動素子を縦振動素子と捩れ振動素子に
より構成して、縦−捩れの合成振動を得る構成も考えら
れるが、超音波発振機構の構造が複雑となり、重量も増
加するので使い勝手が悪くなるばかりか、高周波電力の
出力系統の負荷も増大するので、製造コストのみならず
ランニングコストの面でも問題もあり実用化にはいたっ
ていないのが現状である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、上記従来
の問題点に鑑みて各種実験を重ねるうちに、ホ−ン等の
周面にスリットを形成して超音波発振機構から縦振動を
ホ−ンに伝達するとホ−ン先端には縦振動と捩れ振動の
合成振動が発生するとの知見を得て、これに基づき本願
発明を完成するにいたった。すなわち、本願発明は、超
音波ハンドピ−スを、縦振動素子とこの両端に取り付け
た裏打ち板および前面板からなり所定周波数の超音波縦
振動を出力する超音波発振機構と、この超音波発振機構
に連結されて前記超音波発振機構から伝達される振動を
増幅するホ−ンと、前記超音波発振機構から伝達される
振動を受けて縦−捩れの合成振動に変換する振動変換機
構とで構成するとともに、前記振動変換機構を、前記ホ
−ンおよびまたは前記裏打ち板の周面に形成した１以上
の溝部で構成することにより、上記従来の課題を解決し
ようとするものである。

【０００５】上記構成において、前記溝部は複数とし、
それぞれ個々に並設して形成することがある。

【０００６】また、上記各構成のいずれかにおいて、前
記各溝部は、幅を０．５〜５ｍｍに、長さを３〜３０ｍ
ｍに、深さを０．５ｍｍ以上に設定するたこがある。

【０００７】さらに、並列した前記溝部に替えて前記複
数の溝部はそれぞれ連結され全体として螺旋状に形成す
ることがある。

【０００８】そして、上記螺旋状の溝部の幅を０．５〜
５ｍｍに、深さを０．５ｍｍ以上に設定することがあ
る。

【０００９】さらにまた、前記溝部は、前記ホ−ンおよ
びまたは前記超音波発振機構の中心軸に対して周面にお
いて所定の偏向角αを有していて、この偏向角αを０＜
α＜９０度の範囲に設定することがある。

【００１０】本願発明はまた、超音波ハンドピ−スを、
所定周波数の超音波縦振動を出力する超音波発振機構
と、この超音波発振機構から伝達される振動を増幅する
ホ−ンと、前記超音波発振機構から伝達される振動を受
けて縦−捩れの合成振動に変換する振動変換機構とで構
成し、この前記振動変換機構は、前記ホ−ンと前記超音
波発振機構との間に着脱自在に介装される本体部とこの
本体部周面に形成した１以上の溝部で構成することによ
り、上記従来の課題を解決しようとするものである。

【００１１】前記超音波ハンドピ−スにおいて、前記複
数の各溝部は、それぞれ個々に並列させて形成すること
がある。

【００１２】また、前記超音波ハンドピ−スのいずれか
において、前記各溝部は、幅を０．５〜５ｍｍに、長さ
を３〜３０ｍｍに、深さを０．５ｍｍ以上に設定するこ
とがある。

【００１３】さらに、並列した前記溝部に替えて前記複
数の溝部はそれぞれ連結され全体として螺旋状に形成す
ることがある。

【００１４】前記螺旋状の溝部は幅を０．５〜５ｍｍ
に、深さを０．５ｍｍ以上に設定することがある。

【００１５】さらにまた、前記各構成において、溝部
は、前記ホ−ンおよびまたは前記超音波発振機構の中心
軸に対して周面において所定の偏向角αを有していて、
この偏向角αを０＜α＜９０度の範囲に設定することが
ある。

【００１６】

【発明の実施形態】以下、本願発明の実施形態を説明す
る。図１は、本願発明の第１実施形態に係る超音波ハン
ドピ−スの側面図である。図において、１１は超音波ハ
ンドピ−スであり、超音波発振機構１２とこれに接合さ
れる超音波ホ−ン１３とを具えており、これらは不図示
の外筒に嵌挿されている。 超音波発振機構１２は、縦
振動素子１４とこの両端に設置される前板１５および裏
打ち板１６を有している。

【００１７】超音波ホ−ン１３の端部近傍には、前記超
音波発振機構１２から伝達される振動を縦−捩れの合成
振動に変換する振動変換機構１７が設けられている。振
動変換機構１７は、該実施形態では、図２に示すように
超音波ホ−ン１３の周面を巻回するよに形成された複数
の溝部１７ａにより構成されている。これら複数の溝部
１７ａは、それぞれ所定間隔をもって並列に刻設されて
いて、周面において超音波ホ−ン１３の中心軸Ｘ−Ｘと
所定の偏向角αを有していて、この角度αは０度＜α＜
９０度の範囲に設定されている。

【００１８】また、溝部１７ａはの形状は、長方形をな
していてその幅は０．５〜５ｍｍに、長さは３〜３０ｍ
ｍに、そして深さは０．５ｍｍ以上の範囲に設定されて
いる。

【００１９】前述の実施形態では、並設された複数の溝
部により振動変換機構１７を構成する場合を述べたが、
第２実施形態として、この溝部は、図３に示すように超
音波ホ−ン１３の表面を周回するように形成した１本の
溝１７ｂで構成してもよい。ただし、この溝１７ｂも、
周面において超音波ホ−ン１３の中心軸と所定の偏向角
αを有していて、この角度αは０度＜α＜９０度の範囲
に設定される。また、この溝１７ｂの幅、深さも、前記
実施形態と同様に、それぞれ０．５〜５ｍｍ、０．５ｍ
ｍ以上の範囲に設定される。

【００２０】図４は、本願発明の第３実施形態に係る超
音波ホ−ンの側面図である。該実施形態では、振動変換
機構１７は、超音波ホ−ン１３の表面を周回するように
形成した螺旋状溝部１７ｃにより構成されている。 そ
して、この螺旋状溝部１７ｃも前記同様に周面において
超音波ホ−ン１３の中心軸と所定の偏向角αを有してい
て、この角度αは０度＜α＜９０度の範囲に設定され
る。また、溝の幅、深さも、前記実施形態と同様に、そ
れぞれ０．５〜５ｍｍ、０．５ｍｍ以上の範囲に設定さ
れる。

【００２１】図５は、本願発明の第４実施形態に係る超
音波ホ−ンの側面図である。この実施形態では、図に示
すように振動変換機構１７は、超音波ホ−ン１３と超音
波発振機構１２との間に着脱自在に介装される本体部１
８とこの本体部１８周面に形成した１以上の溝部１７ａ
とで構成されている。本体部１８は、図示のように超音
波ホ−ン１３および超音波発振機構１２における裏打ち
板１６とボルト１９、１９によりそれぞれ着脱自在に連
結されている。 該実施形態では、振動変換機構１７の
取り外しが簡単にできるので、例えば、縦振動のみで使
用したい場合には、振動変換機構１７を取り外して、超
音波ホ−ン１３と超音波発振機構１２を直結すれば良い
という利点を有している。

【００２２】図５では、本体部１８に形成する溝部は、
本体部１８の周面を巻回するよに形成した並列する複数
の溝部１７ａで構成しているが、、前述の各実施形態に
係る図３、図４に示すように、本体部１８の表面を周回
するように形成した１本の溝１７ｂ、あるいは本体部１
８の表面を周回するように形成した螺旋状溝部１７ｃに
より構成することができる。

【００２３】図６は、超音波ホ−ン１３の先端における
動作を示す図で、振動変換機構１７における縦振動の変
換により生成された縦振動および捩れ振動の合成によ
り、超音波ホ−ン１３の先端は中心軸回りに矢符Ａ方向
の高速往復回動（捩れ振動）をなす一方、中心軸に沿っ
て矢符Ｂ方向の高速往復動（縦振動）をなすことにな
る。

【００２４】超音波ホ−ン１３の先端に上述のような合
成運動を得ることは、例えば外科手術における生体骨の
切削等に大きな利点をもたらすことになる。すなわち、
従来生体骨の切削には、鋸タイプあるいは回転ドリルタ
イプ等の手術具が多く使用されているが、神経組織、血
管等を破損する虞のある部位では超音波メスが適してい
る。しかしながら、従来の超音波メスでは軸方向に沿っ
た往復動であるため、メス先が組織深部に侵入する場
合、メスの側部が組織に接触圧迫されてメスの運動が減
衰されるという問題が生じる。

【００２５】しかるに、本願発明に係る超音波ホ−ンに
あっては、その先端では高速往復回動と高速往復動が合
成されるため、生体骨の切削等は極めてスム−ズになす
ことができる。 すなわち、図７は、本願発明に係る超
音波ハンドピ−ス（超音波メス）による生体骨の切削動
作を示す模式図であり、メス（ホ−ン）１３先端には縦
振動に加えて、捩れ振動が出力されているので、メス
（ホ−ン）１３には矢符Ａ方向の高速往復回動（捩れ振
動）が生じる。 このため、メス（ホ−ン）１３先端の
側端部１３ａが生体骨を切削するので、メス（ホ−ン）
１３先端と生体骨２０との間には間隙Ｋが形成されるの
で生体骨の深部にわたり切削を成す場合にも極めてスム
−ズになすことができる。 また、メス先端の縦振動に
よる切削作用も、捩れモ−メントを伴うため組織の剪断
効率が著しく向上するばかりか、切削作用における尖鋭
度いわゆる切れ味も格段に良好となるため、切削部位の
組織には圧壊等が生ぜず、綺麗な状態の切削を実現でき
る。以上は、外科手術の場合を説明したが、これに限ら
ず、各種の素材の加工においても同様の効果を期待でき
ることは勿論である。

【００２６】本願発明に係る振動変換機構の機序作用の
全容についての解明は、各種実験デ−タの解析によりな
しつつあるが、溝部による振動変換の作用は、現在時点
では次のように推測され得る。 図８は、図５における
振動変換機構１７の要部拡大図であり、本体部１８にお
ける溝１７ａに到達した縦振動波Ｌ１は溝１７ａにおい
てＬ２方向に反射され、これにより反射地点で縦振動波
Ｌ１の一部はＬ３方向への振動波に変換され、残余は依
然として軸方向の振動波Ｌ４として存在する。かくし
て、本体部１８には縦振動と捩れ振動による合成振動が
生成され、この合成振動が超音波ホ−ンの先端において
出力されることになる。

【００２７】超音波ホ−ンの先端において得られる縦振
動と捩れ振動による合成振動に対して、現時点では以下
の条件が影響を及ぼすことが実験により判明している
が、現在のところ詳細なデ−タを採集して条件と合成振
動との関係式を構築中である。 ａ：溝の幅、長さ、深さおよび中心軸との角度 ｂ：溝の軸方向における位置 ｃ：超音波ホ−ンの形状 ｄ：溝の数

【００２８】なお、振動変換は、図９に示す螺旋体によ
っても得られることが知見されている。 図において、
２１は、超音波ホ−ン１３ａにおいて一体に形成された
螺旋部である。 この螺旋体に係る超音波ハンドピ−ス
の構成を以下に付記する。

【００２９】（付記項１） 縦振動素子とこの両端に取
り付けた裏打ち板および前面板からなり所定周波数の超
音波振動を出力する超音波発振機構と、この超音波発振
機構に連結されて前記超音波発振機構から伝達される振
動を増幅するホ−ンと、前記超音波発振機構から伝達さ
れる振動を縦−捩れの合成振動に変換する振動変換機構
を具えてなり、前記振動変換機構は、前記ホ−ンおよび
または前記裏打ち板の周面に形成した螺旋体で構成した
ことを特徴とする超音波ハンドピ−ス。 （付記項２） 前記螺旋体における螺旋は、前記ホ−ン
およびまたは前記超音波発振機構の中心軸に対して周面
において所定の偏向角αを有していて、この偏向角αを
０＜α＜９０度に設定したことを特徴とする超音波ハン
ドピ−ス。 （付記項３） 所定周波数の超音波縦振動を出力する超
音波発振機構と、この超音波発振機構から伝達される振
動を増幅するホ−ンと、このホ−ン端部に設けられて前
記超音波発振機構から伝達される振動を縦−捩れの合成
振動に変換する振動変換機構を具えてなり、前記振動変
換機構は、前記ホ−ンと前記超音波発振機構との間に着
脱自在に介装される螺旋体で構成したことを特徴とする
超音波ハンドピ−ス。 （付記項４） 付記項３において、前記螺旋体の螺旋
は、前記ホ−ンおよびまたは前記超音波発振機構の中心
軸に対して周面において所定の偏向角αを有していて、
この偏向角αを０＜α＜９０度に設定したことを特徴と
する超音波ハンドピ−ス。

【００３０】さらに、付記すれば本願発明は、次のよう
な超音波ホ−ンをも提供するものである。 Ａ： 縦振動素子とこの両端に取り付けた裏打ち板およ
び前面板からなり所定周波数の超音波振動を出力する超
音波発振機構に連結されて前記超音波発振機構から伝達
される振動を増幅する超音波ホ−ンにおいて、超音波ホ
−ンの周面は前記超音波発振機構から伝達される振動を
縦−捩れの合成振動に変換する振動変換機構を具え、こ
の振動変換機構は、１以上の溝部で構成したことを特徴
とする超音波ホ−ン。 Ｂ： 前記Ａにおいて、前記溝部は、複数並設したこと
を特徴とする超音波ホ−ン。 Ｃ： 前記ＡないしＢのいずれかにおいて、前記各溝部
は、幅を０．５〜５ｍｍに、長さを３〜３０ｍｍに、深
さを０．５ｍｍ以上に設定したことを特徴とする超音波
ホ−ン。 Ｄ： 前記Ａにおいて、前記溝部は螺旋状に形成したこ
とを特徴とする超音波ホ−ン。 Ｅ： 前記Ｄにおいて、前記溝部は幅を０．５〜５ｍｍ
に、深さを０．５ｍｍ以上に設定したことを特徴とする
超音波ホ−ン。 Ｆ 前記ＡないしＥのいずれかにおいて、前記溝部
は、前記ホ−ンおよびまたは前記超音波発振機構の中心
軸に対して周面において所定の偏向角αを有していて、
この偏向角αを０＜α＜９０度に設定したことを特徴と
する超音波ホ−ン。 Ｇ： 所定周波数の超音波縦振動を出力する超音波発振
機構と、この超音波発振機構から伝達される振動を増幅
する超音波ホ−ンにおいてと、このホ−ン端部には前記
超音波発振機構から伝達される縦振動を縦−捩れの合成
振動に変換する振動変換機構を具え、この振動変換機構
は、前記ホ−ンと前記超音波発振機構との間に着脱自在
に介装可能な本体部とこの本体部周面に形成した１以上
の溝部で構成したことを特徴とする超音波ホ−ン。 Ｈ： 前記Ｇにおいて、前記溝部は、複数並設したこと
を特徴とする超音波ホ−ン。 Ｉ： 前記ＧないしＨのいずれかにおいて、前記各溝部
は、幅を０．５〜５ｍｍに、長さを３〜３０ｍｍに、深
さを０．５ｍｍ以上に設定したことを特徴とする超音波
ホ−ン。 Ｊ： 前記Ｇにおいて、前記溝部は螺旋状に形成したこ
とを特徴とする超音波ホ−ン。 Ｋ： 前記Ｊにおいて、前記溝部は幅を０．５〜５ｍｍ
に、深さを０．５ｍｍ以上に設定したことを特徴とする
超音波ホ−ン。 Ｌ： 前記ＧないしＫのいずれかにおいて、前記溝部
は、前記ホ−ンおよびまたは前記超音波発振機構の中心
軸に対して周面において所定の偏向角αを有していて、
この偏向角αを０＜α＜９０度に設定したことを特徴と
する超音波ホ−ン。

【００３１】

【発明の効果】本願発明にあっては、以上説明した構成
作用により、次のような効果を期待できる。 （１） 超音波ホ−ンの先端の作業部において、縦−捩
れの合成振動が出力されるので、動作における尖鋭性が
増して、精妙な動作が容易になり外科手術や各種素材の
加工における操作性が格別に向上し、作業効率も向上す
る。 （２） 縦振動素子のみで、所望の縦−捩れの合成振動
が得られるので、製造コストを始めとする諸コストの低
減でき、保守管理も容易で、耐久性にも優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態に係る超音波ハンドピ−スの側
面図である。

【図２】 図１の要部拡大図である。

【図３】 第２実施形態を示す超音波ハンドピ−スの一
部切欠側面図である。

【図４】 第３実施形態に係る超音波ホ−ンの側面図で
ある。

【図５】 第４実施形態に係る超音波ハンドピ−スの側
面図である。

【図６】 超音波ホ−ン１３の先端における動作を示す
斜視図である。

【図７】 本願発明に係る超音波ハンドピ−ス（超音波
メス）による生体骨の切削動作を示す模式図である。

【図８】 振動変換の推測原理を示す説明図である。

【図９】 螺旋体による振動変換機構を有する超音波ホ
−ンの斜視図である。

【図１０】従来技術を示す側面図である。

【符号の説明】

１１．．．．．．．．．超音波ハンドピ−ス １２．．．．．．．．．超音波発振機構 １３．．．．．．．．．超音波ホ−ン １４．．．．．．．．．縦振動素子 １５．．．．．．．．．前面板 １６．．．．．．．．．裏打板 １７．．．．．．．．．振動変換機構 １７ａ、１７ｂ．．．．溝部 １７ｃ．．．．．．．．螺旋状溝部 １８．．．．．．．．．（振動変換機構）本体部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C060 CA03 4C060 EE04 JJ13 JJ23 MM26 5H680 AA06 AA12 BB04 BB13 BC00 CC03 DD13 DD23

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦振動素子とこの両端に取り付けた裏打
   ち板および前面板からなり所定周波数の超音波振動を出
   力する超音波発振機構と、この超音波発振機構に連結さ
   れて前記超音波発振機構から伝達される振動を増幅する
   ホ−ンと、前記超音波発振機構から伝達される振動を縦
   −捩れの合成振動に変換する振動変換機構を具えてな
   り、 前記振動変換機構は、前記ホ−ンおよびまたは前記裏打
   ち板の周面に形成した１以上の溝部で構成したことを特
   徴とする超音波ハンドピ−ス。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記溝部は、複数並
   設したことを特徴とする超音波ハンドピ−ス。
3. 【請求項３】 請求項１ないし２のいずれかにおいて、
   前記各溝部は、幅を０．５〜５ｍｍに、長さを３〜３０
   ｍｍに、深さを０．５ｍｍ以上に設定したことを特徴と
   する超音波ハンドピ−ス。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記溝部は螺旋状に
   形成したことを特徴とする超音波ハンドピ−ス。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記溝部は幅を０．
   ５〜５ｍｍに、深さを０．５ｍｍ以上に設定したことを
   特徴とする超音波ハンドピ−ス。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記溝部は、前記ホ−ンおよびまたは前記超音波発振機
   構の中心軸に対して周面において所定の偏向角αを有し
   ていて、この偏向角αを０＜α＜９０度に設定したこと
   を特徴とする超音波ハンドピ−ス。
7. 【請求項７】 所定周波数の超音波縦振動を出力する超
   音波発振機構と、この超音波発振機構から伝達される振
   動を増幅するホ−ンと、このホ−ン端部に設けられて前
   記超音波発振機構から伝達される振動を縦−捩れの合成
   振動に変換する振動変換機構を具えてなり、 前記振動変換機構は、前記ホ−ンと前記超音波発振機構
   との間に着脱自在に介装される本体部とこの本体部周面
   に形成した１以上の溝部で構成したことを特徴とする超
   音波ハンドピ−ス。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記溝部は、複数並
   設したことを特徴とする超音波ハンドピ−ス。
9. 【請求項９】 請求項７ないし８のいずれかにおいて、
   前記各溝部は、幅を０．５〜５ｍｍに、長さを３〜３０
   ｍｍに、深さを０．５ｍｍ以上に設定したことを特徴と
   する超音波ハンドピ−ス。
10. 【請求項１０】 請求項７において、前記溝部は螺旋状
    に形成したことを特徴とする超音波ハンドピ−ス。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、前記溝部は幅を
    ０．５〜５ｍｍに、深さを０．５ｍｍ以上に設定したこ
    とを特徴とする超音波ハンドピ−ス。
12. 【請求項１２】 請求項７ないし１１のいずれかにおい
    て、前記溝部は、前記ホ−ンおよびまたは前記超音波発
    振機構の中心軸に対して周面において所定の偏向角αを
    有していて、この偏向角αを０＜α＜９０度に設定した
    ことを特徴とする超音波ハンドピ−ス。