JP2539622B2

JP2539622B2 - 超音波発生伝達装置

Info

Publication number: JP2539622B2
Application number: JP62125022A
Authority: JP
Inventors: 学徳鴫原; 俊平福田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-05-23
Filing date: 1987-05-23
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: JPS63290557A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、超音波を生体の患部に当てて乳化、細分化
して吸引する超音波外科用吸引装置等に使用するのに適
した超音波発生伝達装置に関する。

（従来の技術）従来の超音波外科用吸引装置は、超音波発生源として
磁歪振動子を用い、磁歪振動子に振動伝達用チタンパイ
プを連結したものであった。

第４図は従来の超音波外科用吸引装置の先端部分の構
造を示し、１は単管構造の振動伝達用チタンパイプ（振
動チップであって超音波で破壊すべき生体患部に接触さ
せる部分）、２はチップカバーである。この場合、チッ
プカバー２に設けられた注水管３より生理食塩水をチタ
ンパイプ１とチップカバー２との隙間より生体患部に送
出し、単管のチタンパイプ１の軸方向振動で乳化、細分
化された患部の組織等はチタンパイプ１内部の貫通穴を
通して吸引除去される。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記のような超音波発生源として磁歪振動
子を用いると、大振幅の超音波振動を得るのには好都合
であるが、磁歪振動子のコイルの冷却のために水冷構造
を採用したりする必要があり、構造が複雑化して高価と
なる問題点がある。また、生体患部の組織を破壊する振
動チップが単管であり、組織破壊のためには大振幅の超
音波振動が必要であり、組織破壊の能率が悪い欠点があ
った。

一方、圧電素子を用いた電歪振動子を超音波発生源と
して利用して腎臓等の結石を破壊する超音波治療具が本
出願人より実開昭61-205519号で提案されている。この
圧電素子を用いた電歪振動子は構造が簡単で特殊な冷却
構造不要である。しかし、現在一般的なボルト締めラン
ジュバン振動子の基本構造では、生体中の腫よう等の患
部を乳化、細分化する超音波外科用吸引装置の超音波発
生源として使用するには、超音波振動の振幅が不足し、
そのままでは転用できなかつた。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記の点に鑑み、圧電素子を利用したボル
ト締め振動子の構造に改良を加えて従来の電歪振動子よ
りも強力な超音波振動を発生可能とし、また振動伝達部
分を２重管構造として、生体中の腫よう等の患部を乳
化、細分化する超音波外科用吸引装置源等に好適な構造
とした超音波発生伝達装置を提供しようとするものであ
る。

本発明の超音波発生伝達装置は、第１の圧電素子群
と、第２の圧電素子群との間にセパレートリングを介在
させ、それらをホーンベースとバックブロックとの間に
ボルト軸で締め付けるとともに、前記ホーンベースの中
心部に振動伝達用芯材を接続し、前記ホーンベースの外
周部に振動伝達用外皮となる中空ホーンを接続した構成
により、従来技術の問題点を解消している。

（作用）本発明の超音波発生伝達装置においては、第１の圧電
素子群と、第２の圧電素子群との間にセパレートリング
を介在させ、それらをホーンベースとバックブロックと
の間にボルト軸で締め付けたボルト締め振動子の構造で
あり、前記第１及び第２の圧電素子群を高周波電源にプ
ッシユプル接続して励振することにより、従来の電歪振
動子よりも強力な超音波振動を得ることができる。

また、前記ホーンベースの中心部に振動伝達用芯材を
接続し、前記ホーンベースの外周部に振動伝達用外皮と
なる中空ホーンを接続一体化した２重構造としており、
主として軸方向に振動する芯材先端と、軸方向振動及び
軸に垂直な方向の振動（横波）行う外皮先端との振動の
位相差及び方向差のある超音波振動の組み合わせによ
り、生体の患部をはさみ込み、すり潰して効果的に乳
化、細分化する作用を行うことができる。

さらに、従来の磁歪振動子で強力な超音波振動を発生
させる場合には、磁歪振動子のコイルの冷却が冷水構造
となって複雑化するが、本発明の場合には圧電素子を利
用した電歪振動子であり、放熱に特別な配慮は不要で、
構造が簡単で安価となる。

（実施例）以下、本発明に係る超音波発生伝達装置の実施例を図
面に従って説明する。

第１図及び第２図において、10は金属等のホーンベー
ス（振動子ヘッダー）であり、先端部にホーン螺着用の
雄螺子部11が形成され、後側に圧電素子等を締め付ける
ためのボルト軸12が一体化されている。ホーンベース10
及びボルト軸12にはそれらの中心軸を通るように貫通穴
13が形成され、また前記雄螺子部11には注水溝14が形成
されている。前記ボルト軸12には締め付け螺子部15が形
成され、後端部が吸引チューブ接続部16となっている。
前記ホーンベース10には前記注水溝14に連通する注水管
17が接続されている。

前記ホーンベース10の先端面の中心部には、振動伝達
用芯材としての振動伝達用芯管（材質はチタン、ジルコ
ニウム等）20が溶接等で連結固定されている。この際、
芯管20内部の貫通穴と前記ホーンベース10の貫通穴13と
が連通するようにする。

また、前記ホーンベース10の外周部、すなわち雄螺子
部11には外皮振動部分となる中空の金属等の二段ステッ
プホーン21が螺着される。この際、ステップホーン21の
装着端面に形成した円環溝23にＯ−リング22を配置して
ホーンベース10とステップホーン21との接続面を水密に
保持する。

第１の圧電素子群30は電気的に並列接続される４枚の
円板状圧電素子30A,30B,30C,30Dを有し、並列接続のた
めの５枚の円板状電極31A,31B,31C,31D,31E及び円板状
絶縁板32Aが配置されている。

第２の圧電素子群40は電気的に並列接続される４枚の
円板状圧電素子40A,40B,40C,40Dを有し、並列接続のた
めの５枚の円板状電極41A,41B,41C,41D,41E及び円板状
絶縁板42が配置されている。

これらの第１及び第２の圧電素子群30,40は、両群間
に約1/4波長セパレートリング（軸方向の長さが超音波
振動の波長の約1/4となっている金属等の材質）32を介
在させて前記ホーンベース10と金属等のバックブロック
33との間に前記ボルト軸12及びナット34を用いて締め付
け保持されている。すなわち、各圧電素子30A乃至30D、
絶縁板32A、各電極31A乃至31E、セパレートリング32、
各圧電素子40A乃至40D、絶縁板42、各電極41A乃至41E及
びバックブロック33の貫通穴にボルト軸12を挿通し、ボ
ルト軸12の螺子部15にナット34を螺合して締め付ける。

ここで、約1/4波長のセパレートリング32を設けたの
は、第１の圧電素子群30と第２の圧電素子群40とが、発
生される超音波振動に対してほぼ逆相の位置関係となる
ようにするためである。

第１及び第２の圧電素子群30,40における各圧電素子3
0A乃至30D,40A乃至40Dと各電極31A乃至31E,41A乃至41E
及び絶縁板32A,42の配置及び接続は第１図に示す通りで
あり、高調波電源PWにおける出力トランスPTの２次巻線
W₂の中点は第１及び第２の圧電素子群30,40の電極31A,3
1C,31E,41B,41Dに接続され、一端（＋）は第１の圧電素
子群30の電極31B,31D、逆極性となる他端（−）は第２
の圧電素子群40の電極41A,42C,41Eに接続される。すな
わち、各群内の圧電素子は並列に接続されかつ第１及び
第２の圧電素子群30,40は出力トランス２次側にプッシ
ュプル接続されており、前記セパレートリング32の作用
と合わせて結局、両群30,40の縦振動がほほ合い加わる
ように結線、駆動されることになる。

以上の実施例の構成において、第１及び第２の圧電素
子群30,40の超音波振動、主として各圧電素子の厚み方
向の振動（縦波）は、ホーンベース10を介して振動伝達
用芯管20及び振動伝達用外皮となる二段ステップホーン
21に伝達される。また、厚み方向の振動と同時に同様の
周波数で圧電素子の径方向の超音波振動（横波）も発生
してホーンベース10に伝わり、この横波は主としてステ
ップホーン21の先端に伝わっていく。ここで、第１の圧
電素子群30と第２の圧電素子群40とは、セパレートリン
グ32を介在させたプッシュプル駆動であり、両群30,40
のそれぞれによる超音波振動の位相は一致せず、実際に
はステップホーン21には位相の異なる超音波振動（主と
して縦波であるが横波も含まれる）が混在している。こ
のホーンベース10での位相の異なる超音波振動の混在、
ホーンベース10のたわみ振動等に起因して振動伝達用芯
管20先端の超音波振動とステップホーン21先端の超音波
振動との間に位相差を生じさせることができる。換言す
れば芯管20先端とステップホーン21先端とは差動振動を
行う。これに加え、ステップホーン21先端には横波も伝
わっているから、第３図の矢印のようにステップホーン
21の先端部分は芯管20の縦振動に対して位相差のある縦
振動を行いながら横方向にも振動し、生体患部の肉片等
の組織をはさみ込み、すり潰し、乳化、細分化する作用
を単管の場合（従来の第４図の構造）よりも効果的に実
行することができる。

そして、乳化、細分化された生体患部の組織は、芯管
20内部の貫通穴及びホーンベース10とボルト軸12の貫通
穴13を通して吸引、除去される。また、注水管17、注水
溝14及びステップホーン21の中空内部の経路で生理食塩
水等をステップホーン21の先端開口より患部に供給する
ことが可能である。

なお、ステップホーン21の外側にカバーを配置し、カ
バーとステップホーン21との空隙に注水、冷却のために
送水する構造としてもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の超音波発生伝達装置に
よれば、第１の圧電素子群と、第２の圧電素子群との間
にセパレートリングを介在させ、それらをホーンベース
とバックブロックとの間にボルト軸で締め付けるととも
に、前記ホーンベースの中心部に振動伝達用芯材を接続
し、前記ホーンベースの外周部に振動伝達用外皮となる
中空ホーンを接続した構成としたので以下の効果を得る
ことができる。

（１）第１及び第２の圧電素子群を高周波電源にプッシ
ュプル接続して駆動することによって、ボルト締めラン
ジュバン振動子でありながら充分振動力の大きい、大振
動の先端超音波振動を発生させることができる。

（２）ホーンベースの中心部に振動伝達用芯材を接続
し、前記ホーンベースの外周部に振動伝達用外皮となる
中空ホーンを接続した構造であり、第１及び第２の圧電
素子群の超音波振動がホーンベースに混在していること
等を利用して芯材先端と中空ホーン先端とに差動振動
（相互に位相差のある超音波振動）及び方向差のある振
動を行わせることができ、単管の超音波振動を利用する
場合よりも効果的に生体患部を乳化、細分化することが
できる。

（３）前記芯材を貫通穴を有する細管で構成し、ホーン
ベース側にも貫通穴を形成することによって、芯材先端
より乳化、細分化された生体患部を吸引、除去できる。

（４）前記中空ホーンをホーンベースに対して螺着する
構造とすれば、消毒、清掃のための中空ホーンの着脱、
中空ホーンの交換を容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波発生伝達装置の実施例を示
す一部を断面とした構成図、第２図は実施例の分解斜視
図、第３図は実施例の動作説明のための斜視図、第４図
は従来の超音波外科用吸引装置の先端部分の構成を示す
斜視図である。 10……ホーンベース、12……ボルト軸、13……貫通穴、
14……注水溝、17……注水管、20……振動伝達用芯管、
21……二段ステップホーン、30,40……圧電素子群、30A
乃至30D,40A乃至40D……圧電素子、32……セパレートリ
ング、33……バックブロック、34……ナット。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の圧電素子群と、第２の圧電素子群と
の間にセパレートリングを介在させ、それらをホーンベ
ースとバックブロックとの間にボルト軸で締め付けると
ともに、前記ホーンベースの中心部に振動伝達用芯材を
接続し、前記ホーンベースの外周部に振動伝達用外皮と
なる中空ホーンを接続したことを特徴とする超音波発生
伝達装置。
【請求項２】前記ボルト軸、ホーンベース及び振動伝達
用芯材は相互に連通する貫通穴を有している特許請求の
範囲第１項記載の超音波発生伝達装置。
【請求項３】前記ホーンベースには前記中空ホーンの内
部に連通する注水路が設けられている特許請求の範囲第
１項記載の超音波発生伝達装置。