JP6109433B2 - 振動伝達ユニット及び超音波処置具 - Google Patents

Description

本発明は、超音波振動を伝達可能な振動伝達ユニット、及び、その振動伝達ユニットを備える超音波処置具に関する。

特許文献１には、基端側から先端側へ超音波振動を伝達することにより基準共振周波数で振動する状態に設計される振動伝達ユニットを備える超音波処置具が開示されている。この振動伝達ユニットには、先端側へ向かって長手軸に垂直な断面積が減少する断面積減少部が複数設けられ、振動伝達ユニットが基準共振周波数で振動する状態では、長手軸に平行な方向について断面減少部のそれぞれからいずれの振動腹も離れて位置している。このため、複数の断面積減少部のそれぞれでは、振動による応力が作用し、振動の振幅が拡大される。また、振動伝達ユニットでは、長手軸に平行な方向について２つの断面積減少部の間に、先端側に向かって長手軸に垂直な断面積が増加する断面積増加部が設けられている。振動伝達ユニットが基準共振周波数で振動する状態では、振動腹の１つが断面積増加部に位置する。振動による応力がゼロになる振動腹が位置するため、断面積が増加する断面積増加部でも振動の振幅は減少しない。

欧州特許第２０７４９５５号明細書

前記特許文献１のような振動伝達ユニットでは、部品ごとの材料の物性（特にヤング率）のばらつき、又は、処置部の温度に対応して振動する状態での共振周波数が変化し、振動伝達ユニットは必ずしも基準共振周波数で振動するわけではない。共振周波数にばらつきが生じることにより、振動伝達ユニットが振動する状態において振動腹の位置も断面積増加部からずれることがある。振動腹が断面積増加部から離れることにより、断面積増加部において、振動による応力が作用し、振動の振幅が減少する。また、長手軸に平行な方向についての振動腹の断面積増加部からの距離（ずれ具合）に対応して、断面積増加部において、応力の大きさが変化し、振動の振幅の変成比（減少率）が変化する。すなわち、振動伝達ユニットの共振周波数がばらつくことにより、断面積増加部での振動の振幅の変成比（減少率）にばらつきが生じ、断面積増加部から処置部へ伝達された振動の振幅にもばらつきが生じてしまう。

本発明は前記課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、振動する状態での共振周波数にばらつきが生じた場合でも、断面積増加部を通って伝達された振動の振幅のばらつきが低減される振動伝達ユニット及び超音波処置具を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のある態様の振動伝達ユニットは、長手軸に沿って延設され、基端側から先端側へ超音波振動を伝達可能な延設部と、前記延設部に設けられ、前記長手軸に垂直な断面において第１の断面積を有する第１の構成部と、前記延設部において前記第１の構成部より前記先端側に設けられ、前記長手軸に垂直な断面において前記第１の断面積より大きい第２の断面積を有する第２の構成部と、前記延設部において前記第１の構成部と前記第２の構成部との間に設けられるとともに、前記長手軸に垂直な断面において前記第１の断面積より大きく、かつ、前記第２の断面積より小さい第３の断面積を有し、前記超音波振動によって前記延設部が所定の周波数範囲のいずれかの周波数で振動することにより振動腹の１つである基準振動腹が位置し、前記長手軸に平行な方向について前記第３の断面積が一定になる所定の領域を有する第３の構成部と、を備え、前記延設部は、前記第１の構成部より前記基端側に設けられ、前記第１の構成部の前記第１の断面積に前記長手軸に垂直な断面積を前記先端側へ向かって減少させる断面積減少部を備え、前記延設部が前記所定の周波数範囲のいずれかの周波数で振動する状態において、いずれの前記振動腹も、前記長手軸に平行な前記方向について前記断面積減少部から離れて位置する。

本発明によれば、振動する状態での共振周波数にばらつきが生じた場合でも、断面積増加部を通って伝達された振動の振幅のばらつきが低減される振動伝達ユニット及び超音波処置具を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る超音波システムを示す概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る振動子ユニットを概略的に示す断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る振動伝達ユニット及び超音波振動子の構成、及び、振動伝達ユニットが基準共振周波数で縦振動する状態での長手軸に沿う方向についての位置と縦振動の振幅との関係を示す概略図である。 図４は、第１の実施形態に係る振動伝達ユニットが所定の周波数範囲のある周波数で振動する状態での基準振動腹の長手軸に平行な方向についての位置の変化を説明する概略図である。 図５は、第１の変形例に係る振動伝達ユニットの第３の構成部及びその近傍の構成を示す概略図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、本実施形態の超音波処置システム１を示す図である。図１に示すように、超音波処置システム１は、超音波処置具２を備える。超音波処置具２は、長手軸Ｃを有する。ここで、長手軸Ｃに平行な方向（長手軸方向）の一方側が先端側（図１の矢印Ｃ１側）であり、先端側とは反対側が基端側（図１の矢印Ｃ２側）である。

超音波処置具２は、振動子ユニット３と、術者等によって保持可能な保持ユニット５と、シース６と、ジョー（把持部材）７と、先端側伝達部材（プローブ）８と、を備える。保持ユニット５は、長手軸Ｃに沿って延設される保持本体部１１と、長手軸Ｃに対して交差するある１つの方向へ向かって保持本体部１１から延設される固定ハンドル１２と、保持本体部１１に回動可能に取付けられる可動ハンドル１３と、を備える。可動ハンドル１３が保持本体部１１に対して回動することにより、可動ハンドル１３は固定ハンドル１２に対して開く又は閉じる。保持本体部１１の先端側には、回転操作入力部である回転操作ノブ１５が連結されている。回転操作ノブ１５は、保持本体部１１に対して長手軸Ｃを中心として回転可能である。また、保持本体部１１には、エネルギー操作入力部であるエネルギー操作ボタン１６が取付けられている。

シース６は、回転操作ノブ１５の内部及び保持本体部１１の内部に先端側から挿入された状態で、保持ユニット５に連結されている。また、ジョー７は、シース６の先端部に回動可能に取付けられている。先端側伝達部材８は、保持本体部１１の内部からシース６の内部を通って先端側に向かって延設されている。本実施形態では、先端側伝達部材８の中心軸が長手軸Ｃと一致し、先端側伝達部材８は、長手軸Ｃに沿って延設されている。先端側伝達部材８の先端部には、処置部１７が設けられている。先端側伝達部材８は、処置部１７がシース６の先端から先端側へ向かって突出する状態で、シース６に挿通されている。開閉操作入力部である可動ハンドル１３を固定ハンドル１２に対して開動作又は閉動作させることにより、シース６の可動部（図示しない）が長手軸Ｃに沿って移動し、ジョー７が回動する。ジョー７が回動することにより、ジョー７が、先端側伝達部材８の処置部１７に対して開動作又は閉動作する。また、シース６、ジョー７及び先端側伝達部材８は、回転操作ノブ１５と一体に、保持本体部１１に対して長手軸Ｃを中心として回転可能である。

図２は、振動子ユニット３の構成を示す図である。図１及び図２に示すように、振動子ユニット３は、振動子ユニット３の外装を形成する振動子ケース２１を備える。振動子ケース２１は、基端側から保持本体部１１の内部に挿入された状態で、保持ユニット５に連結されている。また、保持本体部１１の内部では、シース６に振動子ケース２１が分離可能に連結されている。振動子ケース２１には、ケーブル１８の一端が接続されている。超音波処置システム１では、ケーブル１８の他端は、エネルギー源ユニット１０に分離可能に接続される。ここで、エネルギー源ユニット１０は、例えば医療用のエネルギー制御装置であり、電源、及び、超音波振動を発生させる電力に電源からの電力を変換する変換回路を備える。また、エネルギー源ユニット１０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等を備えるプロセッサ、及び、メモリ等の記憶部（図示しない）が設けられている。

振動子ケース２１の内部には、基端側伝達部材（ホーン部材）２２が長手軸Ｃに沿って延設されている。基端側伝達部材２２は振動子ケース２１に取付けられ、基端側伝達部材２２には、振動発生部である超音波振動子２３が取付けられている。超音波振動子２３は、電流を超音波振動に変換する圧電素子２５を備える。超音波振動子２３には、電気配線２６Ａ，２６Ｂの一端が接続されている。電気配線２６Ａ，２６Ｂは、ケーブル１８の内部を通って延設され、他端がエネルギー源ユニット１０に接続されている。また、保持ユニット５の内部には、スイッチ（図示しない）が設けられ、エネルギー操作ボタン１６でのエネルギー操作の入力に対応してスイッチの開閉状態が切替わる。スイッチは、電気信号線（図示しない）を介してエネルギー源ユニット１０に接続されている。

エネルギー源ユニット１０のプロセッサは、スイッチの開閉状態を検出することにより、エネルギー操作ボタン１６でのエネルギー操作の入力を検知する。エネルギー操作の入力が検知されることにより、エネルギー源ユニット１０から超音波振動を発生させる電力が出力される。エネルギー源ユニット１０から出力された電力（振動発生電気エネルギー）は、電気配線２６Ａ，２６Ｂを介して超音波振動子２３に供給される。これにより、超音波振動子２３において超音波振動が発生する。

基端側伝達部材２２の先端には、雌ネジ部２７が形成され、先端側伝達部材２８の基端には、雄ネジ部２８が形成されている。雌ネジ部２７に雄ネジ部２８が螺合することにより、基端側伝達部材２２の先端側に先端側伝達部材８が接続される。先端側伝達部材８は、保持本体部１１の内部で基端側伝達部材２２に接続される。基端側伝達部材２２に先端側伝達部材８が接続されることにより、振動伝達ユニット２０が形成される。超音波振動子２３で発生した超音波振動は、振動伝達ユニット２０に伝達される。

図３は、振動伝達ユニット２０及び超音波振動子２３の構成を示す図である。図３に示すように、振動伝達ユニット２０では、延設部３１が長手軸Ｃに沿って延設されている。振動伝達ユニット２０に伝達された超音波振動は、延設部３１において基端側から先端側へ伝達される。そして、超音波振動は、先端側伝達部材８の処置部１７に伝達され、処置部１７は、伝達された超音波振動を用いて生体組織等の処置対象を処置する。なお、基端側伝達部材２２及び先端側伝達部材８は、６４チタン、ジュラルミン等の振動伝達性の高い材料から形成されている。

振動伝達ユニット２０（延設部３１）では、基端側伝達部材２２に断面積減少部（ホーン断面積減少部）３２が設けられている。断面積減少部３２では、長手軸Ｃに垂直な断面積が先端側へ向かって減少する。本実施形態では、断面積減少部３２は、テーパ状に形成されている。

また、振動伝達ユニット２０（延設部３１）では、先端側伝達部材８に、第１の構成部３５及び第２の構成部３６が設けられている。第２の構成部３６は、第１の構成部３５より先端側に位置している。第１の構成部３５は、長手軸Ｃに垂直な断面において第１の断面積Ｓ１（図示せず）を有する。第２の構成部３６は、長手軸Ｃに垂直な断面において第２の断面積Ｓ２（図示せず）を有する。第２の構成部３６の第２の断面積Ｓ２は、第１の構成部３５の第１の断面積Ｓ１より大きい。

また、振動伝達ユニット２０の延設部３１では、長手軸Ｃに平行な方向（長手軸Ｃに沿う方向）について第１の構成部３５と第２の構成部３６との間に、第３の構成部３７が延設されている。第３の構成部３７は、長手軸Ｃに垂直な断面において第３の断面積Ｓ３（図示せず）を有する。第３の構成部３７の第３の断面積Ｓ３は、第１の構成部３５の第１の断面積Ｓ１より大きく、かつ、第２の構成部３６の第２の断面積Ｓ２より小さい。したがって、第１の構成部３５と第３の構成部３７との間には、第１の断面積Ｓ１から第３の断面積Ｓ３に先端側へ向かって長手軸Ｃに垂直な断面積を増加させる断面積増加部（基端側断面積増加部）４１が形成され、第３の構成部３７と第２の構成部３６との間には、第３の断面積Ｓ３から第２の断面積Ｓ２に先端側へ向かって長手軸Ｃに垂直な断面積を増加させる断面積増加部（先端側断面積増加部）４２が形成される。本実施形態では断面積増加部４１，４２は、段状に形成されている。なお、第３の断面積Ｓ３は、第１の断面積Ｓ１及び第２の断面積Ｓ２の平均値と同一になることが好ましい。すなわち、以下の式（１）が成り立つことが好ましい。

また、第３の構成部３７は、長手軸Ｃに平行な方向について延設寸法Ｌ１を有する。本実施形態では、第３の構成部３７の基端は、第１の構成部３５の先端Ｅ１と連続し、第３の構成部３７の先端は、第２の構成部３６の基端Ｅ２と連続している。

また、振動伝達ユニット２０（延設部３１）の先端側伝達部材８は、断面積減少部（基端側断面積減少部）４５を備える。断面積減少部（第１の断面積減少部）４５は、第１の構成部３５より基端側に位置している。振動伝達ユニット２０の延設部３１では、長手軸Ｃに平行な方向について断面積減少部３２と断面積減少部４５との間に、中継部（基端側中継部）４６が延設されている。中継部（第１の中継部）４６は、長手軸Ｃに垂直な断面において、断面積（中継部断面積）Ｓ４（図示せず）を有する。中継部４６の断面積Ｓ４は、第１の構成部３５の第１の断面積Ｓ１より大きい。したがって、断面積減少部４５では、断面積Ｓ４から第１の断面積Ｓ１に先端側へ向かって長手軸Ｃに垂直な断面積が減少する。なお、本実施形態では、断面積減少部４５は、段状に形成されている。

また、振動伝達ユニット２０（延設部３１）の先端側伝達部材８は、断面積減少部（先端側断面積減少部）４７を備える。断面積減少部（第２の断面積減少部）４７は、第２の構成部３６より先端側に位置している。振動伝達ユニット２０の延設部３１では、長手軸Ｃに平行な方向について断面積減少部４７と処置部１７との間に、中継部（先端側中継部）４８が延設されている。中継部（第２の中継部）４８は、長手軸Ｃに垂直な断面において、断面積（中継部断面積）Ｓ５（図示せず）を有する。中継部４８の断面積Ｓ５は、第２の構成部３６の第２の断面積Ｓ２より小さい。したがって、断面積減少部４７では、第２の断面積Ｓ２から断面積Ｓ５に先端側へ向かって長手軸Ｃに垂直な断面積が減少する。なお、本実施形態では、断面積減少部４７は、段状に形成されている。

なお、第１乃至第３の構成部３５，３６，３７及び中継部４６，４８の長手軸Ｃに垂直な断面が円形状である場合、第１の構成部３５の第１の断面積Ｓ１、第２の構成部３６の第２の断面積Ｓ２、第３の構成部３７の第３の断面積Ｓ３、中継部４６の断面積Ｓ４及び中継部４８の断面積Ｓ５の各中心を、長手軸Ｃが通過する。

次に、本実施形態の振動伝達ユニット２０及び超音波処置具２の作用及び効果について説明する。超音波処置具２を用いて処置を行う際には、保持ユニット５を保持した状態で、シース６、ジョー７及び先端側伝達部材８を体内に挿入する。そして、ジョー７と先端側伝達部材８の処置部１７との間に、生体組織等の処置対象を配置する。この状態で、可動ハンドル１３を固定ハンドル１２に対して閉動作させ、ジョー７を処置部１７に対して閉じることにより、ジョー７と処置部１７との間で処置対象を把持する。処置対象が把持された状態で、エネルギー操作ボタン１６でエネルギー操作が入力されることにより、エネルギー源ユニット１０から超音波振動を発生させる電力（電気エネルギー）が超音波振動子２３に供給される。これにより、超音波振動子２３（圧電素子２５）で、超音波振動が発生する。そして、発生した超音波振動が、振動伝達ユニット２０において基端側から先端側へ処置部１７に向かって伝達される。これにより、本実施形態では、振動伝達ユニット２０が、振動方向が長手軸Ｃに対して平行な縦振動を行う。ジョー７と処置部１７との間で処置対象が把持された状態で処置部１７が縦振動することにより、処置部１７と処置対象との間で摩擦熱が発生する。摩擦熱によって、処置対象が凝固されると同時に切開される。

振動伝達ユニット２０は、超音波振動子２３で発生した超音波振動を基端側から先端側へ伝達することによって基準共振周波数Ｆｒｒｅｆ（例えば４７ｋＨｚ）で振動（縦振動）する状態に、設計されている。ここで、振動伝達ユニット２０を形成する基端側伝達部材２２及び先端側伝達部材８は、製造する過程において、部品ごとに材料の物性（特にヤング率Ｅ）にばらつきが生じてしまう。例えば、製造される先端側伝達部材８ごとに材料の物性にばらつきが生じることにより、振動伝達ユニット２０では、基端側伝達部材２２に接続される先端側伝達部材８の材料の物性に対応して、振動する状態での共振周波数Ｆｒが変化する。また、処置部１７での処置において熱が発生することにより、処置部１７の温度が高くなると、振動伝達ユニット２０の共振周波数Ｆｒも変化する。

すなわち、振動伝達ユニット２０は、形成する材料の物性及び処置部１７での発熱状態に対応して、超音波振動によって振動する状態での共振周波数Ｆｒにばらつきが生じ、必ずしも基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動するわけではない。したがって、超音波振動子２３で発生する超音波振動に基づいて、振動伝達ユニット２０は、最小共振周波数Ｆｒｍｉｎ（例えば４６ｋＨｚ）以上で最大共振周波数Ｆｒｍａｘ（例えば４８ｋＨｚ）以下の所定の周波数範囲Δｆのうちのいずれかの周波数で、振動（縦振動）する。なお、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆは、所定の周波数範囲Δｆに含まれる。前述のように、振動伝達ユニット２０は、超音波振動子２３で発生した超音波振動を伝達することにより、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆを含む所定の周波数範囲Δｆのうちのいずれかの周波数で振動する状態に、寸法等が決定される。そして、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆを含む所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態に、超音波振動子２３（圧電素子２５）に供給される電流（交流電流）の周波数等も調整される。

図３では、振動伝達ユニット２０が周波数範囲Δｆのいずれかの周波数として基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで縦振動する状態での、長手軸Ｃに沿う方向についての位置と縦振動の振幅との関係を示すグラフが示されている。このグラフでは、横軸に長手軸Ｃに沿う方向についての位置（Ｘ）、縦軸に縦振動の振幅（Ｖ）を示している。振動伝達ユニット２０が縦振動している状態では、振動伝達ユニット２０の先端及び基端は、自由端となる。このため、振動（縦振動）の振動腹の１つは振動伝達ユニット２０の基端（基端側伝達部材２２の基端）に位置し、超音波振動の振動腹の１つは振動伝達ユニット２０の先端（先端側伝達部材８の先端）に位置する。図３に示すように、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動伝達ユニット２０が縦振動する状態では、縦振動の振動腹の１つである振動腹Ａ１（図３ではＡ１ｒｅｆで示す）が振動伝達ユニット２０の基端に位置し、縦振動の振動腹の１つである振動腹Ａ４（図３ではＡ４ｒｅｆで示す）が、振動伝達ユニット２０の先端に位置する。本実施形態では、振動腹Ａ１が、縦振動の振動腹の中で最も基端側に位置し、振動腹Ａ４が、縦振動の振動腹の中で最も先端側に位置する。

振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態では、縦振動の振動節の１つである振動節Ｎ１（図３ではＮ１ｒｅｆで示す）が、断面積減少部３２の基端（入力端）に位置している。そして、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆ（Ｆｒｍｉｎ以上Ｆｒｍａｘ以下）のうちのいずれかの周波数で縦振動する状態では、振動節Ｎ１は、断面積減少部３２の基端又はその近傍に位置している。このため、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で縦振動する状態では、縦振動のいずれの振動腹Ａ１〜Ａ４も長手軸Ｃに平行な方向について断面積減少部３２から離れて位置している。振動による応力がゼロになる振動腹Ａ１〜Ａ４が断面積減少部３２に位置しないため、先端側に向かって長手軸Ｃに垂直な断面積が減少する断面積減少部３２では、振動による応力が作用する。したがって、断面積減少部３２によって、縦振動の振幅が拡大される。

振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態では、縦振動の振動腹の１つである振動腹Ａ２（図３ではＡ２ｒｅｆで示す）が、基端側伝達部材２２と先端側伝達部材８との接続位置（基端側伝達部材２２の先端）に位置している。そして、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆ（Ｆｒｍｉｎ以上Ｆｒｍａｘ以下）のいずれかの周波数で縦振動する状態では、振動腹Ａ２は、基端側伝達部材２２と先端側伝達部材８との接続位置又はその近傍に位置している。

また、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態では、縦振動の振動節の１つである振動節Ｎ２（図３ではＮ２ｒｅｆで示す）が、断面積減少部４５に位置している。そして、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆ（Ｆｒｍｉｎ以上Ｆｒｍａｘ以下）のうちのいずれかの周波数で縦振動する状態では、振動節Ｎ２は、断面積減少部４５又はその近傍に位置している。このため、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で縦振動する状態では、縦振動のいずれの振動腹Ａ１〜Ａ４も長手軸Ｃに平行な方向について断面積減少部４５から離れて位置している。本実施形態では、振動節Ｎ２は、振動節Ｎ１から縦振動の半波長λ／２だけ先端側に位置する振動節である。振動による応力がゼロになる振動腹Ａ１〜Ａ４が断面積減少部４５に位置しないため、先端側に向かって長手軸Ｃに垂直な断面積が減少する断面積減少部４５では、振動による応力が作用する。したがって、断面積減少部４５によって、縦振動の振幅が拡大される。特に、振動による応力が極大になる振動節Ｎ２が断面積減少部４５又はその近傍に位置するため、断面積減少部４５での振幅の拡大率が大きくなり、変成比が１から離れる。

また、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態では、縦振動の振動節の１つである振動節Ｎ３（図３ではＮ３ｒｅｆで示す）が、断面積減少部４７に位置している。そして、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆ（Ｆｒｍｉｎ以上Ｆｒｍａｘ以下）のいずれかの周波数で縦振動する状態では、振動節Ｎ３は、断面積減少部４７又はその近傍に位置している。このため、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で縦振動する状態では、縦振動のいずれの振動腹Ａ１〜Ａ４も長手軸Ｃに平行な方向について断面積減少部４７から離れて位置している。本実施形態では、振動節Ｎ３は、振動節Ｎ２から縦振動の半波長λ／２だけ先端側に位置する振動節である。振動による応力がゼロになる振動腹Ａ１〜Ａ４が断面積減少部４７に位置しないため、先端側に向かって長手軸Ｃに垂直な断面積が減少する断面積減少部４７では、振動による応力が作用する。したがって、断面積減少部４７によって、縦振動の振幅が拡大される。特に、振動による応力が極大になる振動節Ｎ３が断面積減少部４７又はその近傍に位置するため、断面積減少部４７での振幅の拡大率が大きくなり、変成比が１から離れる。

また、基準共振周波数Ｆｒを含む所定の周波数範囲Δｆ（Ｆｒｍｉｎ以上Ｆｒｍａｘ以下）のいずれかの周波数で振動伝達ユニット２０（延設部３１）が振動する状態では、振動腹の１つである基準振動腹Ａ３（図３ではＡ３ｒｅｆで示す）が第３の構成部３７に位置している。本実施形態では、振動節Ｎ２は、基準振動腹Ａ３から縦振動の４分の１波長λ／４（図３では、λｒｅｆ／４で示す）だけ基端側に位置する振動節となり、振動節Ｎ３は、基準振動腹Ａ３から縦振動の４分の１波長λ／４だけ先端側に位置する振動節となる。

図４は、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態での基準振動腹Ａ３の長手軸Ｃに平行な方向についての位置の変化を説明する図である。図４では、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆ、最小共振周波数Ｆｒｍｉｎ及び最大共振周波数Ｆｒｍａｘのそれぞれで振動伝達ユニット２０が振動する状態での、長手軸Ｃに平行な方向についての基準振動腹Ａ３の位置（Ｘ）を示している。図４に示すように、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態では、基準振動腹Ａ３ｒｅｆは、第３の構成部３７において先端と基端との略中間位置に位置している。

共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから基準共振周波数Ｆｒｒｅｆより小さいある周波数になると、縦振動の波長λが大きくなる。したがって、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから小さくなることにより、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動伝達ユニット２０が振動する状態に比べて、基準振動腹Ａ３が先端側に位置する。そして、所定の周波数範囲Δｆの最小共振周波数Ｆｒｍｉｎで振動伝達ユニット２０が振動する状態において、基準振動腹Ａ３ａが最も先端側に位置する。ただし、最小共振周波数Ｆｒｍｉｎで振動伝達ユニット２０が振動する状態においても、基準振動腹Ａ３ａの位置は、長手軸Ｃに平行な方向について第３の構成部３７の先端（第２の構成部３６の基端Ｅ２）と一致するか、又は、第３の構成部３７の先端より基端側に位置する。

一方、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから基準共振周波数Ｆｒｒｅｆより大きいある周波数になると、縦振動の波長λが小さくなる。したがって、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから大きくなることにより、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動伝達ユニット２０が振動する状態に比べて、基準振動腹Ａ３が基端側に位置する。そして、所定の周波数範囲Δｆの最大共振周波数Ｆｒｍａｘで振動伝達ユニット２０が振動する状態において、基準振動腹Ａ３ｂが最も基端側に位置する。ただし、最大共振周波数Ｆｒｍａｘで振動伝達ユニット２０が振動する状態においても、基準振動腹Ａ３ｂの位置は、長手軸Ｃに平行な方向について第３の構成部３７の基端（第１の構成部３５の先端Ｅ１）と一致するか、又は、第３の構成部３７の基端より先端側に位置する。

したがって、所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動伝達ユニット２０が振動する状態では、基準振動腹Ａ３は、第３の構成部３７（本実施形態では、長手軸Ｃに平行な方向について第１の構成部３５の先端Ｅ１から第２の構成部３６の基端Ｅ２までの範囲）に位置する。このため、所定の周波数範囲Δｆのうちのいずれかの周波数に振動伝達ユニット２０の共振周波数Ｆｒが変化した際の基準振動腹Ａ３の長手軸Ｃに平行な方向についての変動の幅である基準変動幅ΔＹは、第３の構成部３７の長手軸Ｃに平行な方向についての延設寸法Ｌ１以下の大きさとなる。ここで、所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数での基準振動腹Ａ３の基準変動幅ΔＹは、最小共振周波数Ｆｒｍｉｎでの基準振動腹Ａ３ａの位置と最大共振周波数Ｆｒｍａｘでの基準振動腹Ａ３ｂの位置との間の長手軸Ｃに平行な方向についての距離である。ある実施例では、振動伝達ユニット２０は、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆが４７ｋＨｚとなる４６ｋＨｚ以上４８ｋＨｚ以下の所定の周波数範囲Δｆのうちのいずれかの周波数で振動する。この場合、所定の周波数範囲Δｆのある周波数で振動したときの基準振動腹Ａ３の基準変動幅ΔＹは、略２ｍｍとなり、第３の構成部３７の延設寸法Ｌ１は２ｍｍ以上となる。また、別のある実施例では、振動伝達ユニット２０は、基準共振周波数Ｆｒｒｅｆが４７ｋＨｚとなる４６．５ｋＨｚ以上４７．５ｋＨｚ以下の所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する。この場合、所定の周波数範囲Δｆのある周波数で振動したときの基準振動腹Ａ３の基準変動幅ΔＹは、略１ｍｍとなり、第３の構成部３７の延設寸法Ｌ１は１ｍｍ以上となる。

前述のように共振周波数Ｆｒに対応して基準振動腹Ａ３の位置が変化するため、本実施形態では、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから小さくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、基準振動腹Ａ３が断面積増加部（基端側断面積増加部）４１から離れる。このため、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから小さくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、断面積増加部４１での振動による応力が大きくなり、断面積増加部４１での振動の振幅の減少率が大きくなり、変成比が１から離れる。ただし、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから小さくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、基準振動腹Ａ３が断面積増加部（先端側断面積増加部）４２に近づく。このため、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから小さくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、断面積増加部４２での振動による応力が小さくなり、断面積増加部４２での振動の振幅の減少率が小さくなり、変成比が１に近づく。

前述のように、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから小さくなると、断面積増加部４１での振動の振幅の減少率（変化量）は大きくなるが、断面積増加部４２での振動の振幅の減少率（変化量）は小さくなる。このため、第１の構成部３５（断面積増加部４１の基端側）での縦振動の振幅に対する第２の構成部３６（断面積増加部４２の先端側）での縦振動の振幅の変成比（減少率）は、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから小さくなっても、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、ほとんど変化しない、又は、変化が小さい。

また、本実施形態では、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから大きくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、基準振動腹Ａ３が断面積増加部（基端側断面積増加部）４１に近づく。このため、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから大きくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、断面積増加部４１での振動による応力が小さくなり、断面積増加部４１での振動の振幅の減少率が小さくなり、変成比が１に近づく。ただし、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから大きくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、基準振動腹Ａ３が断面積増加部（先端側断面積増加部）４２から離れる。このため、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから大きくなると、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、断面積増加部４２での振動による応力が大きくなり、断面積増加部４２での振動の振幅の減少率が大きくなり、変成比が１から離れる。

前述のように、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから大きくなると、断面積増加部４１での振動の振幅の減少率（変化量）は小さくなるが、断面積増加部４２での振動の振幅の減少率（変化量）は大きくなる。このため、第１の構成部３５（断面積増加部４１の基端側）での縦振動の振幅に対する第２の構成部３６（断面積増加部４２の先端側）での縦振動の振幅の変成比（減少率）は、共振周波数Ｆｒが基準共振周波数Ｆｒｒｅｆから大きくなっても、振動伝達ユニット２０が基準共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する状態に比べ、ほとんど変化しない、又は、変化が小さい。

したがって、本実施形態の振動伝達ユニット２０では、最小共振周波数Ｆｒｍｉｎ以上で最大共振周波数Ｆｒｍａｘ以下の所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数に共振周波数Ｆｒがばらついても、第１の構成部３５（断面積増加部４１の基端側）での縦振動の振幅に対する第２の構成部３６（断面積増加部４２の先端側）での縦振動の振幅の変成比（減少率）は、ほとんど変化しない、又は、ばらつきが小さくなる。すなわち、共振周波数Ｆｒがばらついても、振動伝達ユニット２０の第１の構成部３５から、断面積増加部４１、第３の構成部３７及び断面積増加部４２を通して第２の構成部３６まで超音波振動が伝達されるまでの間における振動の振幅の変成比（減少率）のばらつきが、低減される。これにより、断面積増加部４１，４２を通して伝達された超音波振動の処置部１７（断面積増加部４２より先端側の部位）での振幅のばらつきを低減することができる。処置部１７での振幅のばらつきが低減されることにより、処置部１７で安定して超音波振動を用いた処置を行うことができる。

また、第３の構成部３７の第３の断面積Ｓ３を、第１の構成部３５の第１の断面積Ｓ１及び第２の構成部３６の第２の断面積Ｓ２の平均値と同一にすることにより、第１の構成部３５から、断面積増加部４１、第３の構成部３７及び断面積増加部４２を通して第２の構成部３６まで超音波振動が伝達されるまでの間における振動の振幅の変成比（減少率）のばらつきが、さらに低減される。したがって、断面積増加部４１，４２を通して伝達された超音波振動の処置部１７（断面積増加部４２より先端側の部位）での振幅のばらつきをさらに低減することができる。

図３及び図４に示すように、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が所定の周波数範囲Δｆ（最小共振周波数Ｆｒｍｉｎ以上最大共振周波数Ｆｒｍａｘ以下）のいずれかの周波数で振動する状態において、基準振動腹Ａ３から４分の１波長λ／４（図３ではλｒｅｆ／４で示す）だけ基端側に位置する振動節Ｎ２は、第１の構成部３５の先端Ｅ１（本実施形態では第３の構成部３７の基端）より基端側に位置する。そして、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態において、基準振動腹Ａ３から４分の１波長λ／４（図３ではλｒｅｆ／４で示す）だけ先端側に位置する振動節Ｎ３は、第２の構成部３６の基端Ｅ２（本実施形態では第３の構成部３７の先端）より先端側に位置する。このため、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態では、縦振動の半波長λ／２は、第３の構成部３７の長手軸Ｃに平行な方向についての延設寸法Ｌ１より、大きくなる。そして、振動による応力が極大になる縦振動のいずれの振動節（Ｎ１〜Ｎ３）も、長手軸Ｃに平行な方向について第３の構成部３７から離れて位置している。

また、本実施形態では、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態において、縦振動の４分の１波長λ／４は、第３の構成部３７の長手軸Ｃに平行な方向についての延設寸法Ｌ１より、大きくなる。そして、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態では、基準振動腹Ａ３から１６分の１波長λ／１６（図３ではλｒｅｆ／１６で示す）だけ基端側の位置Ｑ１（図３ではＱ１ｒｅｆで示す）は、第１の構成部３５の先端Ｅ１（本実施形態では第３の構成部３７の基端）より基端側に位置する。このため、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態では、振動による応力がゼロになる基準振動腹Ａ３から断面積増加部４１（第１の構成部３５の先端Ｅ１）までの距離がゼロ、又は、小さくなる。したがって、断面積増加部４１において、振動による応力は、ゼロ、又は、小さくなり、振動の振幅は、ほとんど減少されない。

また、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態にでは、基準振動腹Ａ３から１６分の１波長λ／１６ （図３ではλｒｅｆ／１６で示す）だけ先端側の位置Ｑ２（図３ではＱ２ｒｅｆで示す）は、第２の構成部３６の基端Ｅ２（本実施形態では第３の構成部３７の先端）より先端側に位置する。このため、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態では、振動による応力がゼロになる基準振動腹Ａ３から断面積増加部４２（第２の構成部３６の基端Ｅ２）までの距離がゼロ、又は、小さくなる。したがって、断面積増加部４２において、振動による応力は、ゼロ、又は、小さくなり、振動の振幅は、ほとんど減少されない。

したがって、本実施形態では、断面積減少部３２、４５において拡大された縦振動の振幅が、断面積増加部４１、４２においてほとんど減少しない。そして、断面積減少部４７で縦振動の振幅がさらに拡大され、超音波振動は、処置部１７へ伝達される。このため、処置部１７において処置に適した大きさの縦振動の振幅を実現可能となり、処置性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、長手軸Ｃに平行な方向な方向について断面積減少部４５と断面積減少部４７との間に、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態において縦振動の振幅をほとんど減少させない断面積増加部４１，４２が設けられている。このため、断面積減少部（基端側断面積減少部）４５より基端側の部位を大径にすることなく（太くすることなく）、縦振動の振幅が適切に拡大される。断面積減少部４５より基端側の部位が大径にならないことにより、超音波処置具２の体内に挿入される部位（シース６及び先端側伝達部材８）を長手軸Ｃに平行な方向について全長に渡って小径に（細く）形成することが可能になる。超音波処置具２の体内に挿入される部位が小径になることにより、処置においてジョー７及び処置部１７の体内への挿入性が向上する。

（変形例）
なお、第１の実施形態では、第１の構成部３５と第３の構成部３７との間の断面積増加部４１、及び、第３の構成部３７と第２の構成部３６との間の断面積増加部４２は、段状に形成されているが、これに限るものではない。例えば、第１の変形例として図５に示すように、断面積増加部４１，４２のそれぞれが、先端側へ向かうにつれて長手軸Ｃに垂直な断面積が徐々に増加するテーパ状に形成されてもよい。本変形例では、第１の構成部３５の先端Ｅ１と第３の構成部３７の基端との間に断面積増加部４１が長手軸Ｃに沿って延設され、第３の構成部３７の先端と第２の構成部３６の基端Ｅ２との間に断面積増加部４２が長手軸Ｃに沿って延設されている。したがって、第３の構成部３７の基端は、断面積増加部４１の先端と連続し、第３の構成部３７の先端は、断面積増加部４２の基端と連続している。

本変形例でも、振動伝達ユニット２０（延設部３１）が所定の周波数範囲Δｆ（最小共振周波数Ｆｒｍｉｎ以上最大共振周波数Ｆｒｍａｘ以下）のいずれかの周波数で振動する状態では、振動腹の１つである基準振動腹Ａ３が第３の構成部３７に位置する。すなわち、第３の構成部３７の基端（断面積増加部４１の先端）から第３の構成部３７の先端（断面積増加部４２の基端）までに渡る範囲に、基準振動腹Ａ３が位置する。したがって、本変形例でも、所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動伝達ユニット２０の共振周波数Ｆｒが変化した際の基準振動腹Ａ３の長手軸Ｃに平行な方向についての変動の幅である基準変動幅ΔＹは、第３の構成部３７の長手軸Ｃに平行な方向についての延設寸法Ｌ１以下の大きさとなる。なお、延設寸法Ｌ１は、第３の構成部３７の基端（断面積増加部４１の先端）から第３の構成部３７の先端（断面積増加部４２の基端）までの寸法であり、断面積増加部４１（テーパ状に延設される部分）及び断面積増加部４２（テーパ状に延設される部分）の寸法は、含まない。

また、本変形例でも、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態では、いずれの振動節Ｎ１〜Ｎ３も長手軸Ｃに平行な方向について第３の構成部３７から離れて位置する。そして、本変形例でも、振動伝達ユニット２０が所定の周波数範囲Δｆのいずれかの周波数で振動する状態では、基準振動腹Ａ３から１６分の１波長λ／１６だけ基端側の位置Ｑ１は、第１の構成部３５の先端Ｅ１より基端側に位置し、基準振動腹Ａ３から１６分の１波長λ／１６だけ先端側の位置Ｑ２は、第２の構成部３６の基端Ｅ２より先端側に位置する。このため、本変形例でも、断面積増加部４１，４２のぞれぞれは、基準振動腹Ａ３からの距離がゼロ、又は、小さくなる。したがって、断面積増加部４１，４２のそれぞれにおいて、振動による応力は、ゼロ、又は、小さくなり、振動の振幅は、ほとんど減少されない。

また、前述の実施形態等では断面積減少部３２，４５，４７が振動伝達ユニット２０に設けられているが、これに限るものではない。例えば、ある変形例では、断面積減少部４５及び中継部（基端側中継部）４６が設けられず、長手軸Ｃに平行な方向について断面積減少部３２と断面積増加部４１との間に、第１の構成部３５が連続している。本変形例でも、第１の構成部３５は、長手軸Ｃに垂直な断面において第１の断面積Ｓ１を有する。このため、本変形例では、基端側伝達部材２２の断面積減少部３２において、第１の断面積Ｓ１まで長手軸Ｃに垂直な断面積が先端側へ向かって減少する。

また、ある変形例では、処置部１７に超音波振動が伝達されるに加えて、処置部１７及びジョー７に高周波電力（高周波電気エネルギー）が供給される。これにより、処置部１７とジョー７との間で把持された処置対象を通して高周波電流が流れる。高周波電流が流れることにより、処置対象が変性され、凝固が促進される。

また、ある変形例では、ジョー７が設けられなくてもよい。この場合、振動伝達ユニット２０の先端部に設けられる処置部１７が、フック状、ヘラ状等に形成される。例えば、処置部１７がフック状に形成される場合は、フックを処置対象に引っ掛けた状態で、超音波振動によって振動伝達ユニット２０を縦振動させることにより、処置対象が切除される。この際、処置部１７に高周波電力が同時に供給され、処置対象に高周波電流を流してもよい。

前述の実施形態等では、振動伝達ユニット（２０）において、延設部（３１）は、長手軸（Ｃ）に沿って延設され、基端側（Ｃ１）から先端側（Ｃ２）へ超音波振動を伝達可能である。延設部（３１）は、長手軸（Ｃ）に垂直な断面において第１の断面積（Ｓ１）を有する第１の構成部（３５）と、第１の構成部（３５）より先端側に設けられ、長手軸（Ｃ）に垂直な断面において第１の断面積（Ｓ１）より大きい第２の断面積（Ｓ２）を有する第２の構成部（３６）と、を備える。そして、延設部（３１）において第１の構成部（３５）と第２の構成部（３６）との間には、長手軸（Ｃ）に垂直な断面において第１の断面積（Ｓ１）より大きく、かつ、第２の断面積（Ｓ２）より小さい第３の断面積（Ｓ３）を有し、超音波振動によって延設部（３１）が所定の周波数範囲（Δｆ）のいずれかの周波数で振動することにより振動腹の１つである基準振動腹（Ａ３）が位置する第３の構成部（３７）が、設けられている。

以上、本発明の実施形態等について説明したが、本発明は前述の実施形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形ができることは勿論である。

Claims (7)

1. 長手軸に沿って延設され、基端側から先端側へ超音波振動を伝達可能な延設部と、
   前記延設部に設けられ、前記長手軸に垂直な断面において第１の断面積を有する第１の構成部と、
   前記延設部において前記第１の構成部より前記先端側に設けられ、前記長手軸に垂直な断面において前記第１の断面積より大きい第２の断面積を有する第２の構成部と、
   前記延設部において前記第１の構成部と前記第２の構成部との間に設けられるとともに、前記長手軸に垂直な断面において前記第１の断面積より大きく、かつ、前記第２の断面積より小さい第３の断面積を有し、前記超音波振動によって前記延設部が所定の周波数範囲のいずれかの周波数で振動することにより振動腹の１つである基準振動腹が位置し、前記長手軸に平行な方向について前記第３の断面積が一定になる所定の領域を有する第３の構成部と、
   を具備し、
   前記延設部は、前記第１の構成部より前記基端側に設けられ、前記第１の構成部の前記第１の断面積に前記長手軸に垂直な断面積を前記先端側へ向かって減少させる断面積減少部を備え、
   前記延設部が前記所定の周波数範囲のいずれかの周波数で振動する状態において、いずれの前記振動腹も、前記長手軸に平行な前記方向について前記断面積減少部から離れて位置する、
   振動伝達ユニット。
2. 前記延設部が前記所定の周波数範囲のいずれか周波数で振動する状態では、振動の半波長は、前記長手軸に平行な前記方向についての前記第３の構成部の延設寸法より大きい、請求項１の振動伝達ユニット。
3. 前記延設部が前記所定の周波数範囲のいずれか周波数で振動する状態において、前記基準振動腹から前記振動の４分の１波長だけ前記基端側に位置する振動節は、前記第１の構成部の先端より前記基端側に位置するとともに、前記基準振動腹から前記振動の４分の１波長だけ前記先端側に位置する振動節は、前記第２の構成部の基端より前記先端側に位置する、請求項２の振動伝達ユニット。
4. 前記所定の周波数範囲のいずれかの周波数に共振周波数が変化した際の前記基準振動腹の前記長手軸に平行な前記方向についての変動の幅である基準変動幅は、前記第３の構成部の前記長手軸に平行な前記方向についての延設寸法以下である、請求項１の振動伝達ユニット。
5. 前記第３の構成部の前記第３の断面積は、前記第１の構成部の前記第１の断面積及び前記第２の構成部の前記第２の断面積の平均値と同一である、請求項１の振動伝達ユニット。
6. 前記延設部は、前記第２の構成部より前記先端側に設けられ、前記第２の構成部の前記第２の断面積から前記長手軸に垂直な断面積を前記先端側へ向かって減少させる断面積減少部を備え、
   前記延設部が所定の前記周波数範囲のいずれかの周波数で振動する状態において、いずれの前記振動腹も、前記長手軸に平行な前記方向について前記断面積減少部から離れて位置する、
   請求項１の振動伝達ユニット。
7. 請求項１の振動伝達ユニットと、
   前記振動伝達ユニットに伝達される前記超音波振動を発生する振動発生部と、
   前記振動伝達ユニットに設けられ、伝達された前記超音波振動を用いて処置を行う処置部と、
   を具備する超音波処置具。

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