JP2009291776A - 超音波振動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】架橋部の破断が防止されている超音波振動装置を提供する。
【解決手段】振動素子３０と電極部３２ａ，３２ｂとが振動方向に交互に並列されており、少なくとも２つの第１の電極部３２ａと少なくとも１つの第２の電極部３２ｂとが振動方向に交互に配置されており、第１の電極部３２ａと第２の電極部３２ｂとに駆動電圧が印加されることにより振動子２０が振動方向に一体的に超音波振動し、架橋部３４ａ，３４ｂが少なくとも２つの第１の電極部３２ａの内の２つの第１の電極部３２ａを互いに連結し、電気的に接続しており、超音波振動装置は、振動方向以外の方向への架橋部３４ａ，３４ｂの振動を抑制する防振部４６を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動子を有する超音波振動装置に関し、振動子は、振動方向に交互に並列されている複数の振動素子と複数の電極部とを有し、複数の同極の電極部は、架橋部によって順次連結され、電気的に接続されている。

特許文献１、２又は３には、ボルト締めランジュバン型振動子が開示されている。ボルト締めランジュバン型振動子では、圧電素子と電極板とが縦方向に交互に並列されている。電極板は、縦方向に交互に配置されている負電極板と正電極板とを有する。同極の複数の電極板は、架橋部によって順次連結され、電気的に接続されている。負電極板と正電極板とに駆動電圧を印加することにより、圧電素子に駆動電圧が印加されて超音波振動が発生され、振動子の全体が縦方向に超音波振動するようになっている。
特開平４−１５６９８３号公報 米国特許第６２７８２１８号明細書 米国特許第５９８９２７５号明細書

振動子が超音波振動する場合には、架橋部も縦方向に超音波振動される。ここで、架橋部が縦方向以外の方向に超音波振動される場合には、架橋部が疲労しやすくなり、破断するおそれがある。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、架橋部の破断が防止されている超音波振動装置を提供することである。

本発明の第１実施態様では、超音波振動装置は、振動子を具備する超音波振動装置であって、前記振動子は、駆動電圧を印加されて超音波振動を発生する少なくとも２つの振動素子と、少なくとも３つの電極部であって、前記振動素子と前記電極部とは振動方向に交互に並列されており、前記少なくとも３つの電極部は、振動方向に交互に配置されている少なくとも２つの第１の電極部と少なくとも１つの第２の電極部とを備え、前記第１の電極部と前記第２の電極部とに駆動電圧が印加されることにより前記振動子が前記振動方向に一体的に超音波振動する、少なくとも３つの電極部と、前記少なくとも２つの第１の電極部の内の２つの第１の電極部を互いに連結し、電気的に接続している架橋部と、を有し、前記超音波振動装置は、前記振動方向以外の方向への前記架橋部の振動を抑制する防振部をさらに具備する、ことを特徴とする。

本発明の第２実施態様では、超音波振動装置は、前記架橋部は、柔軟なフレキシブル基板によって形成されている、ことを特徴とする。

本発明の第３実施態様では、超音波振動装置は、少なくとも３つの前記第１の電極部と、少なくとも２つの前記第２の電極部と、前記少なくとも３つの第１の電極部を順次連結している少なくとも２つの前記架橋部と、を具備し、前記少なくとも２つの架橋部の内、電圧供給側の所定の架橋部の疲労強度は、当該架橋部よりも電圧被供給側の架橋部の疲労強度よりも小さい、ことを特徴とする。

本発明の第１実施態様では、防振部によって振動子の振動方向以外への架橋部の振動を抑制することにより、架橋部の破断を防止している。

本発明の第２実施態様では、架橋部を柔軟なフレキシブル基板によって形成することにより、架橋部の破断を防止している。

本発明の第３実施態様では、電圧供給側の架橋部の疲労強度が電圧被供給側の架橋部の疲労強度よりも小さく、電圧供給側の架橋部が電圧被供給側の架橋部よりも先に破断するようになっている。このため、架橋部が破断した場合には、振動素子、電極部及び架橋部から形成されている振動部の静電容量が大きく変化して、システムの整合が確実に失われ、システムが確実に停止されるようになっている。従って、振動子が不適切な振動状態で振動を継続することが防止されている。

以下、本発明の各実施形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図３は、本発明の第１実施形態を示す。

図１を参照し、超音波処置具の概略構成について説明する。

超音波処置具は、細長いシースユニット１２を有する。シースユニット１２の基端側には、操作者に保持、操作されるハンドルユニット１４が連結されている。ハンドルユニット１４には、開閉自在な一対のハンドル１６が配設されている。ハンドルユニット１４の基端側には、振動子ユニット１８が連結されている。振動子ユニット１８には、超音波振動を発生する振動子が内蔵されている。振動子ユニット１８から電気コード２２が延出されており、電気コード２２は装置本体に接続されている。装置本体から電気コード２２を介して振動子に駆動電圧が供給され、振動子において超音波振動が発生する。振動子の先端部には、超音波振動を伝達する細長いプローブ２４の基端部が連結されている。プローブ２４は、ハンドルユニット１４及びシースユニット１２に挿通されて、シースユニット１２の先端部から突出されている。また、シースユニット１２の先端部にはジョー２６が配設されている。ハンドルユニット１４の一対のハンドル１６を開閉操作することにより、プローブ２４の先端部に対してジョー２６が開閉作動される。プローブ２４の先端部とジョー２６とによって生体組織を把持し、プローブ２４を超音波振動させることで、生体組織を処置することが可能である。

図２及び図３を参照し、振動子２０について詳細に説明する。

振動子２０の基端側では、超音波振動を発生する振動発生部２８が形成されている。振動発生部２８では、振動素子としての肉厚円板状の複数の圧電素子３０と、電極部としての薄肉円板状の複数の電極板３２ａ，３２ｂとが、互いに共軸に、超音波処置具の長手方向をなす縦方向に交互に並列されている。複数の電極板３２ａ，３２ｂとして、負電極板３２ａと正電極板３２ｂとが縦方向に交互に配置されている。同極の隣り合う両電極板３２ａ，３２ｂは、架橋部３４ａ，３４ｂによって連結され、電気的に接続されている。即ち、同極の複数の電極板３２ａ，３２ｂは、架橋部３４ａ，３４ｂによって縦方向に順次連結されている。架橋部３４ａ，３４ｂは、両電極板３２ａ，３２ｂから径方向外向きに延出されている両端の延出部と、縦方向に延び両延出部を連結している中間の連結部と、から形成されている。同極の複数の架橋部３４ａ，３４ｂは、縦方向へと、周方向に１８０°だけ順次ずらして配置されており、負極及び正極の複数の架橋部３４ａ，３４ｂは、縦方向へと、周方向に９０°だけ順次ずらして配置されている。最基端の負電極板３２ａ、正電極板３２ｂから夫々引出部３６ａ，３６ｂが基端側へと延出されており、電極板３２ａ，３２ｂと引出部３６ａ，３６ｂとは電気的に接続されている。引出部３６ａ，３６ｂには、夫々、電圧ケーブルが連結されており、電圧ケーブルは電気コード２２へと導入されている。本実施形態では、同極の電極板３２ａ，３２ｂ、架橋部３４ａ，３４ｂ及び引出部３６ａ，３６ｂは、一体的な電極部材４０ａ，４０ｂを折曲加工することにより形成されている。振動発生部２８の先端側にはホーン４２が配置されている。ホーン４２は、超音波振動を拡大して伝達する振動伝達部２９をなし、略円柱状で縦方向に延びている。ホーン４２の基端部にはフランジ部４３が形成されており、フランジ部４３の基端面にはボルトが基端側へと突設されている。ボルトは電極板３２ａ，３２ｂ及び圧電素子３０の中央開口に挿通されており、ボルトの末端部には裏打板４４が螺着されている。ボルトに裏打板４４を捻じ込むことにより、ホーン４２の基端面と裏打板４４の先端面とによって、圧電素子３０及び電極板３２ａ，３２ｂが挟持されている。

振動子２０の振動発生部２８には、防振部材としての管状の外挿部材４６が外挿されている。外挿部材４６は、絶縁性及び比較的小さな弾性を有し、径方向内向きに収縮しようとする状態にある。そして、外挿部材４６は、架橋部３４ａ，３４ｂを覆い、架橋部３４ａ，３４ｂに径方向内向きに負荷を与えている。本実施形態では、外挿部材４６として、熱収縮チューブが用いられている。

振動子２０を超音波振動させる場合には、負極、正極の電圧ケーブルを介して、負電極部材４０ａ、正電極部材４０ｂに駆動電圧が印加される。負電極板３２ａと正電極板３２ｂとの間の各圧電素子３０に駆動電圧が印加され、各圧電素子３０において超音波振動が発生し、振動子２０の全体が縦方向に超音波振動する。従って、架橋部３４ａ，３４ｂも縦方向に超音波振動することになる。ここで、外挿部材４６によって架橋部３４ａ，３４ｂに径方向内向きの負荷が与えられており、外挿部材４６によって架橋部３４ａ，３４ｂの縦方向以外の方向への振動が妨げられるため、架橋部３４ａ，３４ｂにおいて縦方向以外の方向への振動が発生するのが抑制される。この結果、架橋部３４ａ，３４ｂの疲労が低減され、架橋部３４ａ，３４ｂの破断が防止される。

なお、本実施形態の振動子２０では、ホーン４２と裏打板４４とは、圧電素子３０及び電極板３２ａ，３２ｂの中央開口に挿通されているボルトを介して、電気的に接続されている。即ち、最基端の負電極板３２ａ、裏打板４４、ボルト及びホーン４２が電気的に接続されていることになる。このため、ホーン４２の基端部のフランジ部４３を電極部としての負電極板として機能させることにより、フランジ部４３に隣接する負電極板３２ａ、及び、当該負電極板３２ａと隣り合う負電極板３２ａとを連結する架橋部３４ａ、を省略することが可能である。

図４は、本発明の第２実施形態を示す。

本実施形態の振動子２０では、架橋部３４ａ，３４ｂと、圧電素子３０及び電極板３２ａ，３２ｂとの間に、防振部材としての埋込部材４８が埋め込まれている。埋込部材４８は、絶縁性及び弾性を有する。本実施形態では、埋込部材４８は、シリコーンゴムによって形成されている。振動子２０を超音波振動させる場合には、架橋部３４ａ，３４ｂの縦方向以外の方向への振動に対して埋込部材４８が干渉することになるため、架橋部３４ａ，３４ｂにおいて縦方向以外の方向への振動が発生するのが抑制される。

図５は、本発明の第３実施形態を示す。

振動子ユニット１８では、振動子２０は収容部としてのハウジング５０に収容されており、振動子２０の振動発生部２８は密閉されている内部空間５２内に配置されている。ハウジング５０と架橋部３４ａ，３４ｂとの間に、防振部材としての介設部材５４が介設されている。介設部材５４は、絶縁性及び弾性を有し、ハウジング５０と架橋部３４ａ，３４ｂとの間で圧縮され、架橋部３４ａ，３４ｂに径方向内向きの負荷を与えている。本実施形態では、介設部材５４として、ゴム板が用いられている。振動子２０を超音波振動させる場合には、介設部材５４によって架橋部３４ａ，３４ｂに径方向内向きの負荷が与えられており、介設部材５４によって架橋部３４ａ，３４ｂの縦方向以外の方向への振動が妨げられ、また、架橋部３４ａ，３４ｂの縦方向以外の方向への振動に対して介設部材５４が干渉することになるため、架橋部３４ａ，３４ｂにおいて縦方向以外の方向への振動が発生するのが抑制される。

図６は、本発明の第４実施形態を示す。

本実施形態では、振動発生部２８が配置されている内部空間５２に、防振溶液としての充填液５６が充填されている。充填液５６は、絶縁性及び比較的高い粘性を有する。本実施形態では、充填液５６として、シリコーンオイルが用いられている。振動子２０を超音波振動させる場合には、架橋部３４ａ，３４ｂの縦方向以外の方向への振動に対して充填液５６が干渉することになるため、架橋部３４ａ，３４ｂにおいて縦方向以外の方向への振動が発生するのが抑制される。また、内部空間５２に充填液５６が充填されていない場合には、超音波処置具に高温高圧水蒸気を用いるオートクレーブ滅菌を施す際等に、ハウジング５０の内部空間５２内に水蒸気が浸入して、振動発生部２８の表面に水滴が付着して、振動発生部２８の静電容量が変化し、振動子２０の振動特性が変化してしまうおそれがある。本実施形態では、内部空間５２に絶縁性の充填液５６が充填されているため、内部空間５２への水蒸気の侵入が防止され、振動子２０の振動特性の変化が防止されている。

図７は、本発明の第５実施形態を示す。

本実施形態では、電極部材４０ａ，４０ｂが柔軟なフレキシブル基板によって形成されている。本実施形態では、フレキシブル基板は、一対の導電層５８にラミネート層６０が挟まれている三層構造をなしており、導電層５８は銅箔によって形成されており、ラミネート層６０はポリイミドフィルムによって形成されている。このように、架橋部３４ａ，３４ｂが柔軟なフレキシブル基板によって形成されているため、架橋部３４ａ，３４ｂに縦方向以外の方向への振動が発生した場合であっても、架橋部３４ａ，３４ｂが疲労しにくく、架橋部３４ａ，３４ｂの破断が防止されている。

図８は、本発明の第６実施形態を示す。

本実施形態では、少なくとも一方の電極部材４０，４０ｂ，例えば負電極部材４０ａにおいて、複数の架橋部３４ａの内、最も電圧供給側即ち基端側の架橋部３４ａに孔部としてのスリット６２を形成している。このため、当該架橋部３４ａの疲労強度は、当該架橋部３４ａよりも電圧被供給側即ち先端側の架橋部３４ａの疲労強度よりも小さくなっている。各架橋部３４ａの疲労強度が互いに等しい場合には、振動子２０を超音波振動させる際に、電圧被供給側の架橋部３４ａが先に破断する可能性がある。電圧被供給側の架橋部３４ａが破断した場合には、振動子２０の静電容量の変化は小さく、システムの整合が維持され、振動子２０が不適切な振動状態で振動を継続するおそれがある。本実施形態では、複数の架橋部３４ａ，３４ｂの内、最も電圧供給側の架橋部３４ａ，３４ｂの疲労強度が当該架橋部３４ａよりも電圧被供給側の架橋部３４ａ，３４ｂの疲労強度よりも小さくなっているため、振動子２０を超音波振動させる際には、当該架橋部３４ａ，３４ｂが最初に破断し、振動子２０の静電容量が大きく変化されて、システムの整合が確実に失われ、システムが確実に停止される。このため、振動子２０が不適切な振動状態で振動を継続することが防止されている。

なお、引出部３６ａ，３６ｂにスリット６２を形成するようにしてもよい。

図９は、本発明の第７実施形態を示す。

本実施形態では、電極部材４０ａ，４０ｂとして、電圧被供給側の先端側電極部材６４ａ，６４ｂと、電圧供給側の基端側電極部材６６ａ，６６ｂとを用いている。先端側電極部材６４ａ，６４ｂの最基端の電極板６８ａ，６８ｂと、基端側電極部材６６ａ，６６ｂの最先端の電極板７０ａ，７０ｂとは、隣り合う両圧電素子３０間で互いに重ね合わされ、電気的に接続されている。ここで、基端側電極部材６６ａ，６６ｂを形成する材料の疲労強度は、先端側電極部材６４ａ，６４ｂを形成する材料の疲労強度よりも小さくなっている。本実施形態では、基端側電極部材６６ａ，６６ｂは、リン青銅、洋白等により形成されており、先端側電極部材６４ａ，６４ｂは、ベリリウム銅、チタン銅等により形成されている。振動子２０を超音波振動させる際には、第７実施形態と同様に、電圧供給側の基端側電極部材６６ａ，６６ｂの架橋部３４ａ，３４ｂが最初に破断するようになっており、振動子２０が不適切な振動状態で振動を継続することが防止されている。

図１０乃至図１２は、本発明の参考形態を示す。

本参考形態の電気絶縁部材では、架橋部３４ａ，３４ｂ及び引出部３６ａ，３６ｂに絶縁ラッピング６８が施されている。振動子２０の振動発生部２８では、架橋部３４ａ，３４ｂ及び引出部３６ａ，３６ｂが異極の電極板３２ａ，３２ｂの近傍に配置されることになるため、架橋部３４ａ，３４ｂ及び引出部３６ａ，３６ｂに絶縁ラッピング６８が施されていない場合であって、特に、振動子２０が小型であり、振動子２０を高出力で作動させるために駆動電圧が高電圧である場合には、当該架橋部３４ａ，３４ｂ、引出部３６ａ，３６ｂと異極の電極板３２ａ，３２ｂとの間で短絡が生じるおそれがある。本実施形態では、架橋部３４ａ，３４ｂ及び引出部３６ａ，３６ｂに絶縁ラッピング６８が施されているため、架橋部３４ａ，３４ｂ、引出部３６ａ，３６ｂと異極の電極板３２ａ，３２ｂと間で短絡が生じることが防止されており、振動子２０の小型化、高出力化が可能となっている。

なお、絶縁ラッピング６８に代えて、絶縁コーティングを用いるようにしてもよい。絶縁コーティングを用いる場合には、組立前に、電極部材４０ａ，４０ｂの電極板３２ａ，３２ｂを保護した状態で、架橋部３４ａ，３４ｂ及び引出部３６ａ，３６ｂにスプレー、筆等によりコーティングを施す。

本発明の第１実施形態の超音波処置具を示す斜視図。 本発明の第１実施形態の振動子を示す部分断面側面図。 本発明の第１実施形態の振動発生部を示す分解斜視図。 本発明の第２実施形態の振動子を示す側面図。 本発明の第３実施形態の振動子を示す部分断面側面図。 本発明の第４実施形態の振動子を示す部分断面側面図。 本発明の第５実施形態の振動発生部を示す断面図。 本発明の第６実施形態の電極部材を示す展開図。 本発明の第７実施形態の振動子を示す側面図。 本発明の参考形態の振動子を示す側面図。 本発明の参考形態の電極部材を示す展開図。 本発明の参考形態の電極部材を示す側面図。

符号の説明

２０…振動子、３０…振動素子（圧電素子）、３２ａ…第１の電極部（正電極板）、３２ｂ…第２の電極部（負電極板）、３４ａ，３４ｂ…架橋部、４６；４８；５４；５６…防振部、４６…防振部材（外挿部材）、４８…防振部材（埋込部材）、５４…防振部材（介設部材）、５６…防振溶液（充填液）、５０…収容部（ハウジング）、６２…孔部（スリット）。

Claims (9)

1. 振動子を具備する超音波振動装置であって、
   前記振動子は、駆動電圧を印加されて超音波振動を発生する少なくとも２つの振動素子と、少なくとも３つの電極部であって、前記振動素子と前記電極部とは振動方向に交互に並列されており、前記少なくとも３つの電極部は、振動方向に交互に配置されている少なくとも２つの第１の電極部と少なくとも１つの第２の電極部とを備え、前記第１の電極部と前記第２の電極部とに駆動電圧が印加されることにより前記振動子が前記振動方向に一体的に超音波振動する、少なくとも３つの電極部と、前記少なくとも２つの第１の電極部の内の２つの第１の電極部を互いに連結し、電気的に接続している架橋部と、を有し、
   前記超音波振動装置は、前記振動方向以外の方向への前記架橋部の振動を抑制する防振部をさらに具備する、
   ことを特徴とする超音波振動装置。
2. 前記防振部は、前記架橋部の少なくとも一部分を覆っている防振部材を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
3. 前記防振部は、前記振動素子と前記電極部との内の少なくとも一方と前記架橋部との間に設けられている防振部材を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
4. 前記超音波振動装置は、前記振動子を収容している収容部をさらに具備し、
   前記防振部は、前記架橋部と前記収容部との間に設けられている防振部材を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
5. 前記超音波振動装置は、前記振動子を収容している収容部をさらに具備し、
   前記防振部は、前記収容部に充填されている防振溶液を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
6. 前記架橋部は、柔軟なフレキシブル基板によって形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
7. 前記超音波振動装置は、少なくとも３つの前記第１の電極部と、少なくとも２つの前記第２の電極部と、前記少なくとも３つの第１の電極部を順次連結している少なくとも２つの前記架橋部と、を具備し、
   前記少なくとも２つの架橋部の内、電圧供給側の所定の架橋部の疲労強度は、当該架橋部よりも電圧被供給側の架橋部の疲労強度よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
8. 前記電圧供給側の架橋部は、孔部を有する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の超音波振動装置。
9. 前記電圧供給側の架橋部を形成する材料の疲労強度は、前記電圧被供給側の架橋部を形成する材料の疲労強度よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項７に記載の超音波振動装置。

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