JP2702990B2 - 超音波振動子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波振動で前立腺切除、結石破壊等の
処置を行なう超音波治療装置用の超音波振動子に関す
る。

〔従来の技術〕

従来より、経尿道的な前立腺の切除術には、患部組織
を高周波電流で焼灼して切除することが行われていた。
しかし、こうした切除は焼灼した生体組織が変性乳化す
るためには、切除範囲の判別が困難で正常組織まで切除
してしまう危険性がある。

そこで、最近では超音波治療装置の超音波振動で前立
腺切除、結石破壊等の治療さらに白内障の患部吸引・外
科手術用組織吸引等が行われている。

この超音波治療装置は、たとえば米国特許第3990452
号明細書に記載してあるように、超音波振動子と超音波
振動を伝達して治療を行なう振動伝達部材とから構成さ
れている。そして、前記超音波振動子は、第５図に示す
ように構成されている。すなわち、１…は電極で、２…
は圧電素子である。これら電極１と圧電素子２とは交互
に積層されており、この積層部材３の前部には前部金属
ブロックとしてのホーン４が、後部には後部金属ブロッ
クとしてのバックマス５が設置されている。そして、ホ
ーン４とバックマス５とによって前記積層部材３を挟持
しており、これらはボルト６とナット７とによって強固
に固定することにより、ランジュバン型振動子が構成さ
れている。さらに、前記ホーン４の先端部には棒状体よ
りなる振動伝達部材としてのプローブ８が連結されてい
る。

このように構成された超音波振動子は駆動周波数から
決定される1/2波長の長さで決定されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前述のように構成された超音波治療装置用
の超音波振動子は、素子径が数mm〜三十数mmの圧電素子
が利用され、二十数kHz付近の共振周波数を用いて駆動
している。このように二十数kHzで駆動を行なっている
場合は、圧電素子径よりも駆動周波数と音響特性から決
定される波長（以下、波長という）の1/2、つまり振動
子長の方が長い。

しかし、最近では種々の成分の結石を破砕したり、種
々の組織（臓器）を吸引したり、また振動減衰の防止か
ら使用する駆動周波数範囲が広がり、より高い周波数で
の駆動が行われるようになってきた。このような場合、
圧電素子径に比べて波長の1/2、つまり振動子の方が短
くなることがある。

一般に超音波治療装置は、長軸方向の振動である縦振
動を利用しているため、この比が逆転したことで超音波
振動子に縦振動と横振動が合成され、乱れ振動が生じ、
駆動不能になることがある。

この発明は、前記事情に着目してなされたもので、そ
の目的とするところは、超音波振動を高い周波数で駆動
しても乱れ振動の発生のない安定した駆動を行なう超音
波振動子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

この発明は、前記目的を達成するために、電極と圧電
素子とを積層した積層部材を前部金属ブロックと後部金
属ブロックとによってその積層方向から挟持して振動子
構成部材を構成し、この部材の任意の位置に、1/2波長
の整数倍の長さを持った補助部材を設け、この補助部材
と前記振動子構成部材とをボルトとナットで固定したこ
とにある。

そして、圧電素子の径より1/2波長が短い場合でも、
前記補助部材によって圧電素子径よりも振動子長が長く
なり、乱れ振動を防止する。

〔実施例〕

以下、この発明の各実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は第１の実施例を示すもので、超音波処置装置
用の超音波振動子の構造および波形を示すものである。
第１図中、11…は電極で、12…は圧電素子である。電極
11と圧電素子12は交互に積層され、積層部材13が構成さ
れている。この積層部材13の前部には1/2λ（波長）の
長さで構成された前部金属ブロックとしてのホーン14が
設けられている。さらに、前記積層部材13と後部金属ブ
ロックとしてのバックマス15との間には1/2λ（波長）
の長さで構成された補助部材16が介在されている。そし
て、前記積層部材13とホーン14およびバックマス15とか
らなる振動子構成部材17を構成し、この振動子構成部材
17と前記補助部材16とはボルト18とナット19とによって
強固に固定され、ランジュバン型振動子が構成されてい
る。このとき、振動子は１λ波長の長さに構成されるよ
うに積層部材13、バックマス５およびボルト18およびナ
ット19の長さが設定されている。なお、20は振動伝達部
材としてのプローブであり、前記ホーン14の先端部にね
じ込み固定されている。

ここで、前記圧電素子12はジルコン酸チタン酸鉛（PZ
T）と呼ばれるセラミック素子で形成されており、ホー
ン14、バックマス15、補助部材16およびボルト18とナッ
ト19は音響特性が優れ、かつ高振幅に耐えられる金属が
望まれ、たとえばチタン合金、ステンレス、銅、ジュラ
ルミン等で形成されている。

このように構成された超音波振動子の電極11…に高周
波電圧を印加すると、圧電素子12…が圧電現象により微
少の歪が発生する。この超音波振動はホーン14によって
増幅されてプローブ20に伝達され、この超音波振動によ
って組織の吸引、結石の破砕等の治療を行なうことがで
きる。

このとき、圧電素子12の径よりも1/2λ（波長）が短
い場合、1/2λ（波長）の長さを持った補助部材16によ
って見掛け上、圧電素子12の径よりも振動子長が長くな
り、乱れ振動の発生がない安定した駆動を行なうことが
できる。

第２図は第２の実施例を示すもので、積層部材13の後
部に1/2λ（波長）の長さに構成された補助部材16とバ
ックマス15とを一体に形成した一体化補助部材21を設け
たものである。このような構成によれば、第１の実施例
と同様の作用効果が得られるとともに、補助部材16とバ
ックマス15との接合面がなく、振動の伝達ロスによる発
熱を防止でき、また組立作業性が向上する。

第３図は第３の実施例を示すもので、電極11…と圧電
素子12…とからなる積層部材13の一部に1/2λ（波長）
の長さに構成された補助部材16を介在させたものであ
る。すなわち、最も後端側の１つの電極11aと１つの圧
電素子12aとからなる積層部材13aを分離し、これを前記
補助部材16とバックマス15との間に介在させたものであ
る。このような構成によれば、第１の実施例と同様の作
用効果が得られる上、電極11aと圧電素子12aとからなる
積層部材13aに高周波電圧を印加することで、振動子に
発生する歪を大きくすることができる。したがって、超
音波振動の大きさ、つまり先端振幅を増大させることが
でき、効率の良い治療ができる。また、図示しないが、
前記補助部材16とホーン14との間にある超音波振動の節
部に、圧電素子と電極とを交互に積層した積層部材を追
加してもよい。

第４図は第４の実施例を示すもので、積層部材13とホ
ーン14との間に1/2λ（波長）の長さに構成された補助
部材16を介在させたものである。このように構成するこ
とによって、第１の実施例と同様の作用効果が得られ、
また前記補助部材16をホーン14と一体に形成することに
よって第２の実施例と同様の作用効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、振動子構成
部材の任意の位置に、1/2λ（波長）の整数倍の長さを
持った補助部材を設けることによって、圧電素子の径よ
り、1/2λ（波長）が短い場合でも、圧電素子径よりも
振動子長を長くすることができ、乱れ振動の発生を防止
して安定した駆動ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す超音波振動子の
縦断側面図および波形図、第２図はこの発明の第２の実
施例を示す超音波振動子の縦断側面図および波形図、第
３図はこの発明の第３の実施例を示す超音波振動子の縦
断側面図および波形図、第４図はこの発明の第４の実施
例を示す超音波振動子の縦断側面図および波形図、第５
図は従来の超音波振動子の縦断側面図である。 11……電極、12……圧電素子、13……積層部材、14……
ホーン（前部金属ブロック）、15……バックマス（後部
金属ブロック）、16……補助部材、17……振動子構成部
材、18……ボルト、19……ナット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極と圧電素子とを積層した少なくとも１
   組以上の積層部材を、その積層方向から前部金属ブロッ
   クと後部金属ブロックとによって挟持して振動子構成部
   材を構成し、この振動子構成部材の任意の位置に、1/2
   波長の整数倍の長さを持った補助部材を設け、この補助
   部材と前記振動子構成部材とをボルトとナットで固定し
   たことを特徴とする超音波振動子。