JPH02290281A - 超音波変換器駆動装置 - 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］ この発明は超音波変換器駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波変換器を用いる装置は、従来種々のものが提案さ
れており、例えば外科用超音波メス、超音波加工装置等
が知られている。このような、超音波装置においては、
超音波変換器を駆動する際に、その駆動回路と超音波変
換器とのインピーダンス整合をとることが、駆動効率上
望ましい。

例えば、第９図ＡおよびＢに示すように、超音波変換器
１として先端に長さの異なる発振棒２および３を締結し
て用いる場合、本発明者の実験によれば、第９図Ｂのイ
ンピーダンスは第９図Ａのインピーダンスの約１７５と
なる。したがって、これらを同一の駆動回路で駆動する
にあたって、その駆動回路の出力インピーダンスを一方
の発振捧２または３に対してマッチングさせてしまうと
、他方の発振棒３または２を締結して用いる場合にイン
ピーダンスのマッチングがとれず、駆動効率が著しく悪
くなってしまう。

このような問題を解決するものとして、例えば特開昭６
３−　１６２０８６号公報において、超音波振動子の振
動振幅に基づいて振動子と駆動回路とを電気的に結合す
る結合トランスの２次側タップ（振動子回路側）を切り
換えることにより、インビーダンスの変化に対応するよ
うにしたものが提案されている。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記の特開昭６３−１６２０８６号公報
に開示された超音波装置にあっては、マッチングを切り
換えるための判断基準を超音波振動子の振幅に依存して
いるため、インピーダンス整合がくずれてしまうという
問題がある。すなわち、振動子の振幅はこれに流れ込む
電流に比例するので、振動子回路のインピーダンスが２
倍になった場合、この従来例では電流値を等しくするた
めに、結合トランスの２次側タップを切り換えて昇圧比
を２倍として、超音波振動子に２倍の電圧を印加するこ
とになる。しかし、この場合、結合トランスの１次側か
らみた振動子回路のインピーダンスは、結合トランスの
巻線比が１：２であるから１７４倍となり、結局、振動
子回路のインピーダンスが２倍になっても、駆動回路側
としては負荷のインピーダンスが１７２となる。このた
め、インピーダンス整合がくずれ、超音波振動子を効率
良く駆動することができなくなる。

また、上記の従来例においては、結合トランスの２次側
すなわち振動子回路側でタップの切り換えを行うように
しているため、例えば超音波メス等の医療用超音波装置
に適用する場合には、いわゆる患者回路内に切り換え回
路や制御回路を挿入することとなって、耐電圧や漏れ電
流等の電気安全上、絶縁を考慮する必要が生じるという
問題がある。

なお、他の方法として、駆動すべき超音波変換器のイン
ピーダンスを予め測定しておき、駆動の際にマニュアル
操作にてインピーダンス整合を取ることも考えられるが
、この場合には誤操作により整合が正常に取れず、駆動
回路にとって過負荷状態となって駆動回路が故障する恐
れがあるという問題がある。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、超音波変換器とその駆動回路とのインピーダ
ンス整合を自動的に適正化することができ、超音波変換
器を常に効率良く駆動できるよう適切に構成した超音波
変換器駆動装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段および作用、〕上記目的
を達成するため、この発明では、駆動回路とその負荷と
なる超音波変換器とのマッチングを適正化するために、
前記駆動回路の出力インピーダンスを変化させるマッチ
ング手段と、前記超音波変換器のインピーダンスを検出
する手段と、このインピーダンス検出手段の出力に基づ
いて前記超音波変換器に最適な駆動条件となるように前
記マッチング手段を制御して前記駆動回路の出力インピ
ーダンスを変化させる手段とを設ける。

すなわち、この発明では第１図に基本構成を示すように
、駆動回路ｌ１の出力を可変のマッチング手段としての
整合トランス１２を介して超音波変換器１３に供給する
。整合トランス１２には、その１次側に１次巻線の巻数
を切り換えるためのタップ１４−１．１４−２を設ける
と共に、超音波変換器１３のインピーダンスを検出する
ためのインピーダンス検出レ路１５を接続し、このイン
ピーダンス検出回路１５で検出した超音波変換器１３の
インピーダンスに基づいて、制御手段を構成する設定回
路１６およびリレー１７を介して超音波変換器１３に最
適な駆動条件となるようにタップ１４−１．１４−２を
切り換えて駆動回路１１の出力インピーダンスを変化さ
せ、これにより超音波変換器１３とのマッチングをとる
ようにする。

このように構成することにより、超音波変換器１３とそ
の駆動回路１１とのインピーダンス整合を自動的に適正
化することができ、超音波変換器１３を常に効率良く駆
動することが可能となる。

〔実施例］ 第２図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。

この実施例では、超音波振動子２１を有する超音波変換
器の駆動信号の電圧位相および電流位相を検出し、これ
ら電圧位相および電流位相に基づいて共振点追尾回路２
２によりその駆動信号周波数が共振周波数となるように
追尾制御（ＰＬＬ制御）するようにしたものである。

共振点追尾回路２２の出力は、正弦波化フィルタ２３に
供給して正弦波の駆動信号に変換したのら、増幅率が変
更可能な電圧制御増幅回路（ＶＣＡ）２４および電力増
幅器２５を経て整合トランス２６の一次側に供給する。

整合トランス２６は、直列および並列に接続可能な２個
の１次巻線２７−１および２７−２と、１個の２次巻線
２８とをもって構成し、１次巻線２７−１および２７−
２をリレー２９により直列および並列に切り換え接続す
るようにすると共に、２次巻線２８に超音波振動子２１
およびこれと並列に振動子２１の制動容量を打ち消すた
めの補正インダクタ３０を接続する。なお、この実施例
では、巻線２７−１．２７２．２８の巻線比をｉ：ｔ：
２として、■次側および２次側の巻線比を１＝１および
１：２で切り換えるようにする。

電力増幅器２５を経て振動子２１に加わる電圧は、整合
トランス２６の一次側に並列に接続した抵抗群３１の分
圧によって検出し、その出力を差動増幅器３２に供給し
て同相ノイズを除去するようにする。

また、振動子２１に流れる電流は、整合トランス２６の
一次側に直列に接続したカレントセンサ３３で検出し、
その出力を差動増幅器３４に供給して同相ノイズを除去
するようにする。

差動増幅器３２から得られる電圧検出信号は、コンバレ
ータ３５および絶対値検出回路３６にそれぞれ供給し、
コンパレータ３５において電圧位相信号θ９を、絶対値
検出回路３６において電圧検出信号の絶対値ＩＶＩを検
出するようにする。同様に、差動増幅器３４から得られ
る電流検出信号は、コンバレータ３７および絶対値検出
回路３８にそれぞれ供給し、コンパレータ３７において
電流位相信号θ１を、絶対値検出回路３８において電流
検出信号の絶対値Ｉ１を検出するようにする。

コンバレータ３５から得られる電圧位相信号θ，は、共
振点追尾回路２２に供給すると共に、後述するように振
動子２１の駆動信号周波数をスイーブさせて共振点を検
出するために共振点検出回路３９に供給し、コンバレー
タ３７から得られる電流位相信号θ１は共振点検出回路
３９に供給すると共に、スイッチ４０を介して共振点追
尾回路２２に供給する。

また、一対値検出回路３６から得られる電圧検出信号の
絶対値ＩＶＩは電圧比較器４１の一方の入力端に供給し
、絶対値検出回路３日から得られる電流検出信号の絶対
値ＩＩＩは差動増幅器４２の一方の入力端に供給する。

電圧比較器４１の他方の人力端には、所定の設定電圧■
２を供給して電圧検出信号の絶対値ＩＶＩと比較し、そ
の出力をリレー制御回路４３でラッチしてリレー２９を
制御するようにする。また、差動増幅器４２の他方の入
力端には、電流値設定回路４４からの設定信号を供給し
て電流検出信号の絶対値Ｍｌとの差を検出し、その出力
に基づいてその差が零となるようにＶＣＡ２４の増幅率
を制御することにより、振動子２１を常に設定信号に対
応する一定電流で駆動するようにする。なお、共振点検
出回路３９の出力はコントロール回路４５に供給する。

電流値設定回路４４には、起動時において低定電流を設
定するための基準電圧■。と、共振点追尾動作において
振動子２１を所定の振幅で駆動する定電流を設定するた
めの可変抵抗器４６と、この可変抵抗．器４６を選沢す
るためのスイッチ４７と、ＶＣＡ　２４の制御電圧を零
にして振動子２１の振動を停止させるためのスイッチ４
８とを設ける。

一方、振動子２１の駆動信号周波数をスイーブさせるた
゛め、鋸歯波状の電圧信号を発生するジエネレータ４９
を設け、その出力を電圧制御発振器（ＶＣＯ）　５０に
供給して周波数が変化する基準スイープ信号を発生させ
るようにし、これをスイッチ４０を介して共振点追尾回
路２２に供給するようにする。

なお、スイッチ４０、リレー制御回路４３、スイッチ４
７．４Ｂ　、ジエネレータ４９およびその他の各部の動
作は、コントロール回路４５により制御するようにする
と共に、このコントロール回路４５には装置の起動およ
び停止を行うためのスイッチ５１を設ける。

以下、この実施例の動作を、第３図に示すフローチャー
トを参照しながら説明する。

スイッチ５１のＯＦＦ状態では、スイッチ４０はｖＣ０
５０に接続され、スイッチ４７はＯＮ、スイッチ４８は
ＯＦＦとなっていると共に、整合トランス２６はリレー
２９によりその１次側と２次側との巻線比が、ｌ：ｌと
なっている。

この状態でスイッチ５１をＯＮにして、まず電流値設定
回路４４の基準電圧ｖ０で設定される低定電流で振動子
２１を駆動すると共に、ジエネレータ４９を起動してＶ
ＣＯ　５０による基準スイープ信号に基づき振動子２ｌ
を周波数スキャンさせる。すなわち、共振点追尾回路２
２をＶＣＯ　５０の出力にロックさせて、ｖｃｏ　ｓｏ
の出力周波数をジェネレータ４９の出力によりスキャン
することにより、ＰＬＬ発振周波数をスキャンする。

ここで、振動子２１は、電流値設定回路４４、差動増幅
器４２、ＶＣＡ　２４によってスキャン中も定電流駆動
されるので、その電流値をＩＩ０］と決めておくことが
できる。このインピーダンス＋２１は、振動子２１を周
波数スキャンすると共振点ｆ，で最小となるので、ＩＶ
Ｉも第４図ＡおよびＢに第９図ＡおよびＢに示した超音
波変換器における１■特性を対応して示すように、共振
点ｆ，で最小となる。したがって、コンパレーク４１で
ＩＶＩと設定電圧Ｖ２とを比較すれば、スキャン中にコ
ンバレータ４ｌが動作したときは＋Ｚｌの小さい超音波
変換器が接続され、またコンパレータ４ｌが動作しなか
ったときはＩＺＩの大きい超音波変換器が接続されてい
ることが検出される。

インピーダンスＩＺ１の小さい超音波変換器が接続され
ていることが検出されたときは、次にスイッチ４８をＯ
ＮにしてＶＣＡ　２４の制御電圧を零にして電力増幅器
２５の出力を停止し、その状態でリレー制御回路４３に
ラッチされた上記のインピーダンス検出結果をもとにリ
レー２９を動作させ、これにより整合トランス２６の巻
線比を１＝２に切り換えて駆動回路側の出力インピーダ
ンスを、接続されている超音波変換器のインピーダンス
と整合するように変化させる。その後、スイッチ４８を
ＯＦＦにし、ジエネレータ４９を再起動してＶＣＯ　５
０による基準スイーブ信号に基づき振動子２工を周波数
スキャンさせながら、共振点検出回路３９において電圧
位相信号θ，と電流位相信号θ１とに基づいてそれらの
位相差が零となる共振点を検出する。

共振点が検出された後は、その検出時点でスイノチ４０
をコンパレータ３７に接続して共振点追尾動作のロック
に入り、ロックインした時点でスイッチ４７をＯＦＦと
して可変抵抗器４６で設定された電流値すなわち設定振
幅で振動子２１を駆動するようにする。

なお、インピーダンスＩＺ１の大きい超音波変換器が接
続されていることが検出され、整合トランス２６の巻線
比が１：ｌのままで良いときは、そのスキャン中に共振
点検出回路３９において共振点が検出されるので、再ス
キャンせずに共振点が検出された後スイッチ４０をコン
パレータ３７に接続してロックイン動作に入る。

以上のように、この実施例によれば、振動子２ｌの動イ
ンピーダンスの大きさを検出し、自動的にマッチングを
適正化して駆動を開始できるようにしたので、マニュア
ル切り換えにおけるような誤操作を有効に防止できると
共に、超音波メスや超音波加工機等で振動子２１は同一
で、先端に結合させるプローブの形状が異なり、インピ
ーダンスが大幅に変更になる場合でも、マッチングを自
動的に適正化することができ、超音波変換器を常に効率
良ク駆動することができる。また、マッチングの適正化
を、整合トランス２６の２次側のタップ切り換えで行う
ようにしたので、超音波メス等の医療用超音波装置に適
用する場合に、いわゆる患者回路内に切り換え回路や制
御回路を挿入する必要がなく、したがって耐電圧や漏れ
電流等の電気安全上極めて有効である。

第５図はこの発明に係る超音波変換器駆動装置を具える
超音波メス装置の一例の構成を示すブロック図である。

この実施例では、ハンドビース５５として、同一のラン
ジエバン型振動子５６に対して長さの異なる、すなわち
インピーダンスの異なるショートプローブ５７およびロ
ングブローブ５８を選択的に結合するようにしたものを
用いる。振動子５６は、マンチング用トランス５９の２
次側に接続し、ＰＬＬ　６０の出力に基づいて駆動する
ようにする。

マッチング用トランス５９は、２個の１次巻線６１−１
および６ｌ−２と、１個の２次巻線６２とをもって構成
し、その１次側および２次側の巻線比を第２図に示した
と同様なリレーおよびその制御回路等を有するセレクト
回路６３で切り換えるようにする。なお、振動子５６に
はこれと並列に振動子５６の制動容量を打ち消すための
補正インダクタ６４を接続する。

ＰＬＬ　６０は、位相比較器ＣＰＣ”）　６５と、その
デジタル出力をアナログ信号に変換するチャージポンプ
６６と、ループフィルタ６７と、電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）６８とをもって構成し、チャージポンブ６６の出力
をループフィルタ６７を介してＶＣＯ　６８に制御電圧
として供給するようにする。ＶＣ０　６８の出力は、フ
ィルタ６９に供給すると共に、分周回路７０で分周して
フィルタ６９に供福し、これによりＶＣＯ　６９から出
力される矩形波の駆動信号を振動子５６の共振周波数成
分のみの正弦波の駆動信号に変換して、振動子５６内で
の無駄な発熱を引き起こさないようにする。

この例では、フィルタ６９としてカットオフ周波数が外
部クロック入力によって変更可能なスイッチト・キャパ
シタ・フィルタ（ＳＣＦ）を用いる。このように、フィ
ルタ６９としてＳＣＦを用いれば、ｖＣＯ６８の発振周
波数が変化しても、フィルタ出力波形の大きさや位相回
転の変動が無くなり、その結果後述する定電流制御やＰ
ＬＬ動作に与える影響が減少し、理想的な矩形波一正弦
波変換を行うことが可能になると共に、振動子５６の駆
動信号周波数をスキャンしてそのインピーダンスを検出
する際も、基本波成分のみを使うことになるのでそれを
正確に判別することができる。

フィルタ６９の出力は、増幅率が変更可能な電圧制御増
幅回路（ＶＣＡ）７１　、バッファアンプ７２、スイッ
チ回路７３および電力増幅器７４を経てマッチング用ト
ランス５９の一次側に供給する。このようにして、マッ
チング用トランス５９により、振動子５６の回路系とそ
の駆動回路系とを分離して電気的絶縁を図ると共に、後
述するように電力増幅器７４と負荷となる振動子５６と
のマッチングをとるようにする。

電力増幅器７４を経て振動子５６に加わる電圧および振
動子５６に流れる電流は、マッチング用トランス５９の
一次側において第２図に示したと同様な電圧検出用抵抗
群およびカレントセンサを有する電圧・電流検出回路７
５で検出し、これら電圧検出信号および電流検出信号を
それぞれ差動増幅器７６および７７に供給する。このよ
うに、電圧・電流検出回路７５で検出した電圧．電流を
それぞれ差動増幅器７６．７７に供給して電圧検出信号
，電流検出信号を得るようにすることにより、高電圧、
大電流を低電圧にて検出する場合の同相ノイズの問題を
有効に解消できると共に、電力増幅器７４の出力の正負
の接続を逆にしても、また出力の一方が接地された出力
形式でないものであっても、電圧，電流の各信号を安定
して検出することができる。

差動増幅器７６から得られる電圧検出信号は、比較器７
８および絶対値検出回路７９にそれぞれ供給し、比較器
７８において電圧位相信号θ，を、絶対値検出回路７９
において電圧検出信号の絶対値ＩＶＩを検出するように
する。同様に、差動増幅器７７から得られる電流検出信
号は、比較器８０および絶対値検出回路８１にそれぞれ
供給し、比較器８０において電流位相信号θ１を、絶対
値検出回路８１において電流検出信号の絶対値ＩＮを検
出するようにする。

比較器７８から得られる電圧位相信号θ，は位相検出器
８２に供給すると共に、ＰＬＬ　６０を構成するＰＣ６
５のバリアブル入力端子■に供給し、比較器８０から得
られる電流位相信号θ１は位相検出器８２に供給すると
共に、スイッチ回路８３を介してＰＣ６５のリファレン
ス入力端子Ｒに供給する。また、絶対値検出回路７９か
ら得られる電圧検出信号の絶対値■１は、電圧比較器８
４に供給して所定の設定値と比較し、その出力を位相検
出器８２に供給する。

このようにして、位相検出器８２において電圧比較器８
４の出力、比較器７８からの電圧位相信号θ９および比
較器８０からの電流位相信号θ，に基づいて、振動子５
６に加わっている駆動信号の周波数が該振動子５６の共
振周波数とほぼ等しいか否かを検出し、その出力に基づ
いてスイッチ回路８３における電流位相信号θ１と、後
述する発振器からの基準信号θ．．．ｆとの切り換え動
作を制御すると共に、発光ダイオード８５の点灯を制御
してＰＬＬ　６０が共振点追尾動作に移行したか否かを
表示させるようにする。

また、絶対値検出回路７９から得られる電圧検出信号の
絶対値ＩＶＩは、インピーダンスＩ７１を検出するため
の電圧比較器８６にも供給して所定の設定値と比較し、
その出力に基づいてショートプローブおよびロングプロ
ーブ用の発光ダイオード８７．８８の点灯を制御すると
共に、セレクト回路６３におけるマッチングの切り換え
動作を制御するようにする。ここで、電圧比較器８６に
おける所定の設定値は、ショートブローブ５７とロング
プローブ５８とが判別できる境界値に設定しておく。

位相検出器８２は、例えば第６図に示すように３つのＤ
−フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）　８９．　９０および
９ｌと、ＯＲゲート９２とをもって構成し、比較器７８
から得られる電圧位相信号θ９をＤ−ＦＦ８９のＤ人力
端子に供給し、比較器８０から得られる電流位相信号θ
１をＤ−ＦＦ８９のクロック入力端子に供給する。この
ＤＦＦ８９のＱ出力およびＱ出力は、Ｄ−ＦＦ９０のク
ロック入力端子およびＤ−ＦＦ９１のクロック入力端子
にそれぞれ供給し、これらＤ−　ＦＦ９０および９ｌの
Ｑ出力をＯＲゲート９２に供給してスイッチ回路８３お
よび発光ダイオード８５の制御信号を得るようにする。

なお、Ｄ−ＦＦ９０および９ｌのＤ入力端子には、ＶＣ
Ｃを印加する。また、電圧比較器８４はｏｐアンプをも
って構成し、その反転入力端子に絶対値検出回路７９か
ら得られる電圧検出信号の絶対値ＩＶＩを供給し、非反
転入力端子に設定電圧ｖｓｅアを印加して、その出力を
Ｄ−ＦＦ９０および９ｌのクリア端子に供給する。

なお、ＯＲゲート９２の出力はコントロール回路９３に
供給すると共に、コントロール回路９３からはＤＩ’Ｆ
８９のクリア端子にリセット信号を供給するようにする
。

第５図において、絶対値検出回路８１から得られる電流
検出信号の絶対値ＩＩＩは、差動増幅回路９４の反転入
力端子に供給する。この差動増幅回路９４の非反転入力
端子には、電流値設定回路９５からの設定信号を供給し
、その出力に基づいて振動子５６が常に設定信号に対応
する一定電流で駆動されるように、リミッタ回路９６を
介してＶＣＡ　７１の増幅率を制御するようにする。電
流値設定回路９５には、出力振幅設定用可変抵抗器９７
と低定電流駆動設定用可変抵抗器９８とを設け、これら
をコントロール回路９３からの信号に基づいて選択して
、起動時においては低定電流駆動設定用可変抵抗器９８
の出力を、共振点追尾動作においては出力振幅設定用可
変抵抗器９７の出力を差動増幅回路９４に供給するよう
にする。このように、絶対値検出回路８１から得られる
電流検出信号の絶対値［１と、電流値設定回路９５から
の設定信号とを差動増幅回路９４で比較し、その出力に
基づいてＶＣＡ　７１の増幅率を制１１してバッファア
ンプ７２および電力増幅器７４に入力する信号電圧を制
御することにより、ハンドピース５５の負荷変動等によ
るインピーダンス変化に対しても、振動子５６を常に電
流値設定回路９５からの設定信号に対応する一定電流で
駆動することができ、ハンドピース５５の振幅を一定に
することができる。

コントロール回路９３には、トリガ出力回路９９を接続
して、コントロール回路９３の制御の下にトリガ信号を
発生させるようにする。このトリガ信号は、ジェネレー
タ１００に供給してノコギリ波を発生させ、これを発振
器１０１に供給して該発振器１０１から周波数が変化す
る基準信号θ７．，を発生させるようにする。この基準
信号θｒｓｒは、上述したように位相検出器８２の制御
の下にスイッチ回路８３を介してＰＬＬ　６０を構成す
るＰＣ６５のＲ入力端子に供給する。また、トリガ出力
回路９９からのトリガ信号はカウンタ１０２に供給して
カウントし、そのカウント値が設定値以上となったとき
に、スイッチ回路７３をＯＦＦすると共に、ハンドピー
ス５５の異常としてブローブチェック用の発光ダイオー
ド１０３を点灯させるようにする。なお、このカウンタ
１０２はコントロール回路９３からのリセット信号によ
りリセットするようにする。

一方、ＰＬＬ　６０を構成するループフィルタ６７の出
力は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）　１０４にも供給し
、ここでＶＣ０　６８の制御電圧中に含まれるスパイク
状のノイズを除去するようにする。このＬＰＦｌ０４の
出力は、ウインドコンバレータ１０５に供給し、ここで
ＶＣＯ　６８の出力周波数範囲を監視してそれが所定の
範囲を外れたときにコントロール回路９３にリセソト信
号を出力するようにする。すなわち、ν００６８はルー
プフィルタ６７からの制御電圧によって発振周波数が変
化するが、ＰＬＬ　６０が振動子５６の共振点追尾制御
から外れると、ν００６８の発振周波数はその最高また
は最低発振周波数に飽和してしまう。

そこで、このロック外れ状態を検出するために、ＶＣ０
　６８の制御電圧をウインドコンパレータ１０５で監視
する。ここで、ＶＣ０　６８に供給される制御電庄は、
ループフィルタ６７によってある程度平滑化された信号
となるが、例えばＰＬＬ　６０のＰＣ６５にエツジトリ
ガ式のものを使用して、ループの特性をループフィルタ
６７の設計によってある程度高速のものにすると、ＶＣ
Ｏ　６８に供給される制御電圧にはＰＣ６５の２つの入
力信号のエッジの比較部分でスパイク状のノイズが漏れ
てくる。このスパイク状のノイズは、ウインドコンバレ
ータ１０５の動作に悪影響を与えるので、この例では上
述したようにＬＰＦ１０４を挿入して、スパイク状のノ
イズを除去するようにしている。

また、コントロール回路９３には、振動子５６のＯＮ／
ＯＦＦを制御するフットスインチ１０６を接続し、この
フントスイッチ１０６からの信号、上述した位相検出器
８２からの信号およびウインドコンバレータ１０５から
のりセント信号に基づいて上記の各部の動作を制御する
ようにすると共に、超音波メスにより切除した組織を除
去する吸引ユニットｌ０７、ハンドピース５５のブロー
プを冷却したり、切除部位を洗い流すための送水ユニッ
ト１０８の動作を制御するようにする。

以下、この超音波メス装置の動作を説明する。

フットスイッチ１０６のＯＦＦ状態では、スイッチ回路
７３はＯＦＦ　、スイッチ回路８３は発振器１０１の出
力をＰＬＬ　６０のＰＣ６５のＲ入力端子に供給するよ
うに接続されている。

フットスインチ１０６をＯＮにすると、これによりコン
トロール回路９３は始動信号を得、位相検出器８２およ
びカウンタ１０２をリセットすると共に、電流値設定回
路９５の低定電流駆動設定用可変抵抗器９８を選択して
その出力を差動増幅回路９４に供給するようにする。さ
らに、スイッチ回路７３をＯＮにすると共に、トリガ出
力回路９９を作動して該トリガ出力回路９９からトリガ
信号を発生させる。これにより、ＰＬＬ　６０には発振
器ｌｏｔからスイッチ回路８３を介して、ジェネレータ
１００の出力に応じて周波数が変化する基準信号θｒａ
ｒが供給され、その結果ＰＬＬ　６０は振動子５６の駆
動信号周波数を基準信号θ．．．ｆにロックするように
スキャンさせる。

ここで、振動子５６は、電流値設定回路９５の可変抵抗
器９８で設定された低い定電流で駆動制御されるので、
振動子５６に加わる電圧とそのインピーダンスの大きさ
とは比例し、したがって振動子５６に加わる電圧はその
インピーダンスの大きさの周波数特性に相似した形でス
キャンによって変化する。

この駆動電圧の変化は、電圧・電流検出回路７５、差動
増幅器７６、絶対値検出回路７９を介して電圧比較器８
４および８６で監視され、一回目のスキャンにおいて、
電圧比較器８６での所定の設定値との比較結果に基づい
て、セレクト回路６３によりマンナング用トランス５９
の１次側の巻線の接続が切り換えられ、これにより駆動
回路側の出力インピーダンスがハンドピース５５に結合
されているブローブに対応する値に変更されてハンドピ
ース５５とのマンチングが取られると共に、該ブローブ
に対応する発光ダイオード８７または８８が点灯する。

また、二回目のスキャンにおいては、電圧比較器８４か
ら電圧検出信号ＩＶＩが設定電圧Ｖ　ＳＥＴ（第６図参
照）以下、すなわち基準信号θｒａｒの周波数がハンド
ビース５５の共振周波数近傍となってインピーダンスが
設定値以下となった時点で、位相検出器８２にイネーブ
ル信号が出力される。位相検出器８２においては、電圧
比較器８４からイネーブル信号が出力され、かつ比較器
７８からの電圧位相信号θＶおよび比較器８０からの電
流位相信号θ１の位相差が零となった時点で、その出力
がＨレベルとなってホールドされ、これによりスイッチ
回路８３が切り換わって比較器８０からの電流位相信号
θ，がＰＣ６５のＲ入力端子に供給されると共に、発光
ダイオード８５が点灯して共振点追尾動作に移行したこ
とが表示される。同時に、位相検出器８２の出力に基づ
いてコントロール回路９３を介して電流値設定回路９５
の出力振幅設定用可変抵抗器９７が選択され、その出力
が差動増幅回路９４に供給される。したがって、ハンド
ビース５５は、以後は電圧位相信号θ９と電流位相信号
θ，との位相が常に一致するように、可変抵抗器９７で
設定された所定の電流で駆動制御されることになる。ま
た、共振点追尾動作に移行することにより、コントロー
ル回路９３から吸引ユニッｌ−１０７、送水ユニット１
０８に駆動信号が供給されて、各動作が行われる。以上
の動作は、フットスイッチ１０６をＯＦＦ　とすること
により解除される。なお、この共振点追尾への移行動作
は、一回目のスキャンにおいてセレクト回路６３により
出力インピーダンスの切り換えを行わない場合にも行わ
れる。

ここで、二回目のスキャンによって共振点が検出されな
いときは、ＶＣ０　６Ｂの発振周波数は発振器１０１か
らの基準信号θｒａｔにロックされて上昇または下降し
、ウインドコンバレータ１０５において所定の周波数範
囲から外れたことが検出された時点で、コントロール回
路９３にリセント信号が出力される。これにより、コン
トロール回路９３からトリガ出力回路９９に再トリガを
出力するように信号が送出され、上記の共振点検出動作
が繰り返される。このトリガ出力回路９９からのトリガ
信号の出力回数すなわち駆動信号周波数のスキャン回数
は、カウンタ１０２でカウントされ、それが所定の値に
達したとき、例えば一回のフ７｝スイッチ１０６のＯＮ
操作で駆動信号周波数を１０回スキャンしても共振周波
数にロツクインできないときは、所定の周波数範囲内に
ハンドビース５５の共振点が存在しないものとして、そ
の時点でカウンタ１０２の出力によりスイッチ回路７３
がＯＦＦとなって振動子５６の駆動が停止すると共に、
発光ダイオード１０３が点灯してハンドビース５５の異
常が表示される。これにより、ハンドピース５５が異常
の状態で駆動を続けることによる危険を有効に防止する
ことができる。

上述した超音波メス装置によれば、接続されているプロ
ーブの判別およびそれに対応するマッチングの適正化が
自動的に行われるので、ハンドビース５５を常に効率良
く駆動することができる。

また、確実に共振点追尾動作に移行することができると
共に、追尾動作のロックが外れても再起動ができ、しか
もハンドピース５５の異常も検出することができる。更
に、一般的な定電流駆動回路を組み合わせることで、定
振幅動作を行うことができると共に、簡単な方法でイン
ピーダンスの周波数特性を検出することができ、これに
より共振点を正確かつ確実に検出することができる。ま
た、振動子５６に加わっている電圧および振動子５６に
流れる電流を差動方式で検出するようにしたので、同相
ノイズを有効に除去できると共に、電力増幅器７４の出
力形式にこだわらず所望の電圧および電流を有効に検出
でき、これにより高電圧を発生している電力増幅器周辺
の回路部分を接地から浮かせることが可能となり、振動
子回路すなわち患者回路の対接地漏れ電流を大幅に減少
させることができる。

な．お、上記の超音波メス装置においては、振動子５６
に加わっている電圧および振動子に流れる電流をマッチ
ング用トランス５９の１次側において検出するようにし
たが、これらはマッチング用トランス５９の２次側で検
出するようにすることもできる。また、電流値設定回路
９５の出力振幅設定用可変抵抗器９７で設定する振幅は
、例えば第７図に示すようにショートブローブ５７の振
幅の最大値および最小値をそれぞれ設定する最大値設定
回路１１０および最小値設定回路１１１　と、ロングプ
ローブ５Ｂの振幅の最大値および最小値をそれぞれ設定
する最大値設定回路１１２および最小値設定回路１１３
とを設け、これらをインピーダンスを倹出する電圧比較
器８６の出力に基づいてリレー１１４により切り換えて
可変抵抗器９７に接続することにより設定するようにす
ることもできる。このようにすれば、ブローブ５７　．
　５８の耐性が異なっても容易に対応することができる
。

更に、上記の超音波メス装置においては、２種類のブロ
ーブ５７．５８に対してそのインピーダンスを判別して
駆動回路側の出力インピーダンスを変化させるようにし
たが、３種類以上のブローブに対してそれを判別し、そ
れに応じて駆動回路の出力インピーダンスを変化させて
マッチングの適正化を行うようにすることもできる。こ
の場合には、例えば第８図に示すように、マッチング用
トランス５９の１次側に３個以上のタップを設け、これ
らをインピーダンス検出回路１１５で検出した超音波変
換器１１６のインピーダンスに応じて２個以上のリレー
１１７−１　．　１１７−２を用いてそのリレー接点１
１８１．１１８−２により選択的に切り換えるようにす
ればよい。

また、マッチング用トランス５９の１次巻線を切り換え
るリレー接点の保護のため、第２図において説明したよ
うに切り換え時に振動子５６に対する出力を零にする他
に、駆動周波数では影響のない定数のＣＩ？回路等より
成るスパークキラーを接点間に挿入してもよい。更にま
た、プロープを判別してインピーダンス整合を取る他に
、当該プローブに応じて駆動周波数を変更したり、送水
量等の設定を行うこともできる。

更に、この発明は超音波メス装置に限らず、超音波加工
装置やその他の超音波装置に用いられる超音波変換器の
駆動回路に有効に適用することができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば駆動回路の出力インピ
ーダンスを変化させてその負荷となる超音波変換器との
マッチングを通正化するマッチング手段と、超音波変換
器のインピーダンスを検出する手段とを設け、このイン
ピーダンス検出手段の出力に基づいて駆動回路の出力イ
ンピーダンスが超音波変換器に最適な駆動条件となるよ
うにマッチング手段を制御するようにしたので、超音波
変換器とその駆動回路とのインピーダンス整合を自動的
に適正化することができ、超音波変換器を常に効率良く
駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本構成を示す図、第２図はこの発
明の一実施例を示すブロック図、第３図および第４図Ａ
，Ｂはその動作を説明するだめのフローチャートおよび
駆動電圧の周波数特性を示す図、 第５図はこの発明に係る超音波変換器駆動装置を具える
超音波メス装置の一例の構成を示すブロック図、 第６図は第５図に示す位相検出器の一例の構成を示す図
、 第７図は同じく電流値設定回路の変形例を示す図、 第８図は同じくマッチング用トランスおよびその切り換
え手段の変形例を示す図、 第９図ＡおよびＢは従来の技術を説明するための図であ
る。 第１図 １ｌ一駆動回路　　　　ｌ２−・・整合トランス１３一
超音波変換器　　１４−１．１４−２・一タツプ１５−
−インピーダンス検出回路 １６−・設定回路　　　　１７・−リレー一一一一一−
τ−一一」 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、駆動回路とその負荷となる超音波変換器とのマッチ
   ングを適正化するために、前記駆動回路の出力インピー
   ダンスを変化させるマッチング手段と、前記超音波変換
   器のインピーダンスを検出する手段と、このインピーダ
   ンス検出手段の出力に基づいて前記超音波変換器に最適
   な駆動条件となるように前記マッチング手段を制御して
   前記駆動回路の出力インピーダンスを変化させる手段と
   を具えることを特徴とする超音波変換器駆動装置。