JPH04108001A - 超音波発生器及び超音波照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波発生器及び超音波照射装置に関する。

具体的にいえば、本発明は、主として、結石破壊装置や
ハイパーサーミア装置等の超音波変換器等に用いること
を目的とするものである。

［背景技術］ 近年強力超音波を医療分野に応用する動きが活発になっ
ている。例えば、癌の温熱療法は超音波を生体組織中に
照射し、組織を構成している高分子に振動を与え、高分
子間の摩擦で加温する方法である。電磁波に比べ、超音
波は生体に対して高い集束性と浸透性を有しているため
、この温熱療法は有効な加温法と考えられている。

第３図に示すものは、従来より知られている超音波ハイ
パーサーミア装置３１である。この装置３１は、４個の
凹面状をした圧電振動子３２を対称に配置し、凹面状圧
電振動子３２の出射軸が一点で交わるようにしている。

そして、生体３４の表面に当接させたウォーターバック
３３内で、この圧電振動子３２を水中に漬け、水中で圧
電振動子３２を振動させ、圧電振動子３２から放射され
た超音波αを水から生体３４へと伝搬させ、生体３４内
の患部（斜線部分）で超音波αを集束させ、患部を加温
している。

また、超音波を利用した結石破壊の分野でも、圧電振動
子により衝撃波を発生させる装置が用いられている。

第４図に示すものは、従来より用いられている体外衝撃
波結石破壊装置４１であり、腎臓４２内の結石４３に向
けて衝撃波のエネルギーを集中させているところを示し
ている。これは、油４４と水４５を溜められた容器４６
の球面状をした底面４７に３２０個のチップ状をした圧
電振動子４８を配置し、各圧電振動子４８から焦点（結
石４３の位置）に向けて超音波αを放射させるようにな
っている。なお、４９は超音波プローブ、５０は水と油
な仕切る分離膜である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような超音波ハイパーサーミア装置や結石破壊装
置等の超音波変換器にあっては、いかにして強力な超音
波を発生させるか、という点が共通した課題となってい
る。この問題を解決する方法としては、個々の圧電振動
子への入力パワーを大きくして発生する超音波のエネル
ギーを増大させる方法と、圧電振動子の配置密度を大き
くする方法とが考えられる。

しかし、上記のような装置で用いられている圧電振動子
は、単に圧電体の両面に励振用の電極を設けただけのも
のであり、入力パワーを大きくすると、圧電振動子自体
に大きな電歪引張応力が働き、圧電振動子が電気歪によ
って引張破壊に至るという問題がある。このため、圧電
振動子を構成する圧電体の引っ張り強度によって許容入
力パワーが制限されてしまい、それ以上大きな入力パワ
ーを印加することができず、強力な超音波を放射させる
ことができなかった。

また、圧電振動子の実装密度を大きくする方法も、従来
の装置では、分割された複数の圧電振動子が用いられて
いるので、圧電振動子の配置されていない空間が生じて
しまい、圧電振動子の配置密度の向上にも限界がありた
。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、ハイパワーな超音波を
発生させることのできる超音波発生器と、その超音波を
集束させてハイパワーな超音波を効率よく照射させるこ
とができる超音波照射装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段コ 本発明の超音波発生器は、ほぼ球殻状をした圧電振動子
と、張力を付与して圧電振動子の外面に巻き重ねられた
ファイバーと、前記圧電素子に開口された超音波放射孔
とからなることを特徴としている。

また、本発明の超音波照射装置は、反射面が楕円体の少
なくとも一部をなすように構成された反射器と、前記反
射器の一方の焦点に配置された、前記超音波発生器とか
らなることを特徴としている。

［作用］ 本発明の超音波発生器にあっては、張力を付与して圧電
振動子の外面に巻き重ねられたファイバーによって、圧
電振動子に初期応力（圧縮応力）を与えであるので、大
ぎなパワーが印加された場合でも、電気歪によって自己
破壊しにくく、高い入力パワーにも耐えられる。したが
って、大きなパワーの電界を印加することによって強力
な超音波を発生させることがでとる。しかも、ほぼ球殻
状をした圧電振動子から中心部へ向けて放射された超音
波エネルギーは、球殻状の圧電振動子内で集束され、集
束された超音波エネルギーは、超音波放射孔から外部へ
放出される。したがって、指向性を持つ強力な超音波を
圧電振動子から放射させることができる。

また、本発明の超音波照射装置にあっては、反射器の反
射面によって構成される回転楕円面の一方の焦点に上記
超音波発生器を配置しているので、超音波発生器から放
射された強力な超音波は他方の焦点に集束され、焦点で
強力な超音波エネルギーの集中が得られる。したがって
、他方の焦点に被照射物を置けば、被照射物に強力な超
音波を照射させることができる。

さらに、圧電振動子の外面にファイバーを強く巻くとい
う簡単な方法により、圧電振動子に圧縮店力を付与する
ことができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図に本発明の一実施例の超音波発生器ｌを示す。２
は、ほぼ球殻状をした圧電振動子であって、ＰＺＴのよ
うな圧縮強度の大きな圧電セラミクス材料からなる中空
球殻状の圧電体８の内面及び外面にそれぞれ電極９ａ、
９ｂが形成されており、球殻の厚み方向に分極処理が施
されている。

また、この圧電振動子２の適当な箇所には、超音波放射
孔４が開口されている。

この圧電振動子２は、ＰＺＴセラミクスの仮焼粉末に水
とバインダーを混合してスラリーを作成し、このスラリ
ーを球殻状のキャビティを有する型に流し込んで成型し
、得られた成型体を所定温度で焼成して球殻状の圧電体
８を製作し、焼成後に圧電体８の内面と外面にそれぞれ
銀ペーストを塗布及び焼付けして電極９ａ、９ｂを形成
したものである。また、球殻状をした圧電振動子２の分
極処理は、圧電振動子２を６０″Ｃに加熱した絶縁オイ
ル中に漬け、内面及び外面の電極９ａ、９ｂ間に３　ｋ
Ｖ／＋ｍの直流電界を印加することにより分極させるこ
とができる。

さらに、圧電振動子２の外面には、スチールファイバー
やガラヌファイバー　カーボンファイバー等の引張り強
度の大きなファイバー３を張力を与えて巻き付けである
。これにより圧電振動子２は、初期応力として圧縮応力
を付与されており、電気歪（特に、引張歪）に対して大
きな強度を備えることになり、大きなパワーが入力され
ても圧電歪によって自己破壊を生じることがない。

しかして、電源１０より超音波振動子２の内外面の電極
９ａ、９ｂ間に駆動電界を印加すると、圧電体８が伸び
縮みして微小振動することにより表面から超音波αが放
射される。圧電振動子２から外面側へ放射された超音波
は、エネルギーを拡散させながら広がってゆくが、内面
側へ放射された超音波αのエネルギーは球殻の中心で凝
集される。この中心でエネルギーを凝集された強力な超
音波は、圧電振動子２の超音波放射孔４から外部へ出射
される。したがって、この超音波発生器１は、指向性を
もった強力な超音波発生源となる。

しかも、外面なファイバー３によって巻かれているので
、圧電体８として引張応力に弱い圧電セラミクス材料を
用いても、より高い入力パワーに耐えることかでき、破
壊させることなく大きな入力パワーを印加できるように
なる。従って、より大きな入力パワーを印加することに
より、−層強力な超音波を出射させることができる。ま
た、球殻状の圧電振動子２を用いることにより、振動子
を曲面の内側に隙間なく並べたのと同じ効果を得ること
ができ、実質的に実装密度を高め強力な超音波を発生さ
せることが可能になる。また、ファイバー３は、圧電振
動子２の外面に巻かれているので、圧電振動子２の内面
側における振動を妨げることがない。

第２図に示すものは、上記超音波発生器１を用いた超音
波照射装置５であって、回転楕円面の一部をなす反射面
６を有する反射器７の一方の焦点Ｐに超音波発生器１を
配置している。しかも、超音波発生器１の超音波放射孔
４は、反射面６の中心・に向けている。

しかして、反射器７の焦点Ｐに配置された超音波発生器
１から超音波αを放射させると、放射された超音波βは
他方の焦点Ｑへ直接向かうことなく、反射面６へ向けて
放射され、反射面６で反射される。反射面６で反射され
た超音波αは、反射器７の他方の焦点Ｑへ向かって集束
し、超音波エネルギーが焦点Ｑで集中される。従って、
超音波発生器ｌから離れた位置にある他方の焦点Ｑに被
照射物（例えば、人体の患部など）をおけば、被照射物
に強力な超音波αを照射させることができ、例えば結石
破壊や温熱療法等に用いれば、より高い効果が得られる
。

口発明の効果・］ 本発明によれば、圧電振動子の内部に凝集した超音波エ
ネルギーを超音波放射孔からエネルギー密度の大きな超
音波として出射させることができ、指向性のある強力な
超音波を出射させることができる。しかも、高い入力パ
ワーにも耐えられるので、大きなパワーの電界を印加し
て一層強力な超音波を発生させることができる。

また、本発明の超音波照射装置によれば、超音波発生器
から放射された強力な超音波エネルギーを他方の焦点に
集束させることができ、他方の焦点に置かれた被照射物
に強力な超音波を照射させることができる。

さらに、張力を付与して圧電振動子の外面にファイバー
を巻くという簡単な方法により、球殻状をした圧電振動
子に圧縮応力を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波発生器の一実施例を示す断
面図、第２図は本発明に係る超音波照射装置を示す概略
断面図、第３図は従来例の超音波ハイパーサーミア装置
を示す概略図、第４図は従来の結石破壊装置を示す概略
図である。 １・・・超音波発生器 ２・・・圧電振動子 ３・・・ファイバー ４・・・超音波放射孔 ５・・・超音波照射装置 ６・・・反射面 ７・・・反射器 Ｐ、Ｑ・・・焦点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ球殻状をした圧電振動子と、 張力を付与して圧電振動子の外面に巻き重ねられたファ
   イバーと、 前記圧電振動子に開口された超音波放射孔とからなるこ
   とを特徴とする超音波発生器。
2. （２）反射面が回転楕円体の少なくとも一部をなすよう
   に構成された反射器と、 前記反射器の一方の焦点に配置された、請求項１の超音
   波発生器とからなることを特徴とする超音波照射装置。