JPH062664Y2 - 強力超音波プロ−ブ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は超音波結石破壊装置や超音波を利用した手術
用のメス等の強力超音波プローブに関する。

［従来技術］ 近年、超音波振動を結石に与えて結石を破壊する超音波
結石破壊装置が開発されている。この装置は強力超音波
プローブと電源装置からなる。従来の強力超音波プロー
ブの概略を第６図に示す。セラミックの振動子６０の振
動がホーン６２、ホーンの先端に接続されたパイプ（ま
たは先端チップ）６４を介して結石６６に伝達される。
振動子６０の後方にはバックマス６８が設けられ、バッ
クマス６８はネジ７０により振動子に圧接されている。
バックマス６８はケーブル７２、図示せぬコネクタを介
して、電源装置に接続される。

第７図（ａ）にこの超音波プローブの等価回路を示す。
図示しない電源に接続される端子Ａ，Ｂの間に振動子の
キャパシタンス（静電容量）Ｃｄが接続される。キャパ
シタンスＣｄに並列に振動子の等価スチフネスｓ、等価
質量ｍ、機械抵抗ｒ、トランス（理想トランス）（巻線
比１：ｎ）ｔが接続される。トランスｔの２次巻線の一
端がパイプ６４の等価スチフネスｓ′、等価質量ｍ′、
機械抵抗ｒ′を介して結石等の負荷インピーダンスＺ_Ｌ
の一端に接続される。ここでｓ′はパイプの弾性常数の
逆数、ｍ′はパイプの質量、ｒ′は熱にかわる抵抗分で
ある。トランスｔの２次巻線の他端は負荷インピーダン
スＺ_Ｌの他端に接続される。トランスｔはホーン６２の
変成機能を示す。振動子部とパイプ部のこれらの等価集
中定数を合成すると同図（ｂ）に示すようになる。Ｓ，
Ｍ，Ｒはそれぞれ合成した等価スチフネス、等価質量、
等価機械抵抗である。ここでは、負荷は巻線比ｎを使っ
てｎ^２Ｚ_Ｌと表わされている。

このような超音波プローブを駆動して、負荷Ｚ_Ｌに効率
よく電力を伝えるには、図中のリアクタンス成分をキャ
ンセルして、かつ、電力源の出力抵抗とＲ＋ｎ^２Ｚ_Ｌの
値を等しくさせる。すなわち、インピーダンス整合を行
なう必要がある。

従来は電源装置側にインピーダンス整合回路が設けられ
ていた。１つの電源装置に複数の種類のプローブが接続
される場合には、各種類に対する整合回路を設けておい
て、プローブの種類に応じて整合回路が選択される。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、従来は製品の製造にあたって、プローブはプ
ローブのみで調整が行なわれ、電は電源源のみで調整が
行なわれていた。プローブの等価集中係数は振動子１個
１個のバラツキやネジの締め付け力量によって変化して
しまい、あらかじめ電源に設けた整合ではインピーダン
ス整合が行なえない場合が生じる。

この考案の目的は電源とのインピーダンス整合を確実に
行なえ、効率よく負荷に電力を伝えることができる強力
超音波プローブを提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この考案による強力超音波プローブは本体内もしくは電
源装置とのコネクタ１４内にインピーダンス整合回路２
２を具備する。

［作用］ この考案によれば、プローブ毎にインピーダンス整合回
路の回路定数を調整することにより、同一の電源装置に
どのような種類のプローブを接続した場合でも、常に最
も効率よくプローブが駆動される。

［実施例］ 以下図面を参照して、この考案による強力超音波プロー
ブの一実施例を説明する。第１図は電源装置も含んだ第
１実施例全体の概略図である。従来と同様に振動子，ホ
ーン，パイプ等からなる超音波プローブ本体１０はケー
ブル１２、コネクタ１４と一体的に形成されている。コ
ネクタ１４は電源側コネクタ１５を介して電源装置１６
に接続される。電源装置１６は電源１８と出力インピー
ダンスｒ_ｇからなる。プローブ側コネクタ１４には電源
装置１６と超音波プローブ１０の間のインピーダンス整
合を行なうための整合回路２２が内蔵されている。

超音波プローブ本体１０の等価回路は第７図（ｂ）に示
した回路であるが、実際の使用時には、超音波プローブ
本体１０は共振周波数で駆動される。スチフネスＳと質
量Ｍは直列共振回路となり、その共振周波数は である。そのため、この周波数で超音波プローブ本体１
０を駆動すれば、ＳとＭの直列インピーダンスは零にな
る。そのため、このときの等価回路は第２図に示すよう
になる。第２図から共振時のリアクタンス成分はＣｄの
みであり、整合回路２２はこのＣｄをキャンセルするよ
うな回路にすればよいことがわかる。

第３図は整合回路２２も含んだ第１実施例全体の回路図
である。ここでは、電源の出力インピーダンスｒ_ｇとＲ
＋ｎ^２Ｚ_Ｌを整合させるためのインピーダンス変換を行
なうトランス（巻線比１：ｎ′）Ｔと、共振時にキャパ
シタンスＣｄを位相的にキャンセルするためのインダク
タンスＬから整合回路２２が構成されている。すなわ
ち、インピーダンス整合のためには、トランスＴの巻線
比ｎ′、インダクタンスＬが次の条件を満すことが必要
である。

Ｌ＝１／４π^２ｆｏ^２Ｃｄ …(2) ここで、ｆｏは共振周波数である。

このような整合回路２２をプローブ側コネクタ１４内に
設けることにより、電源装置１６の調整は不要となる。
そして、プローブ本体１０の製造後、電源装置１６に接
続した状態で、プローブ毎に整合回路２２のトランスＴ
の巻線比ｎ′，インダクタンスＬを(1),(2)式の関係を
満足するように調整する。これにより、同一電源装置に
接続されるプローブの種類、あるいは同一種類でもプロ
ーブそのものが変わった場合でも、常にインピーダンス
整合を行なえ、プローブを効率よく駆動できる。

また、このような整合回路２２はプローブ側に設けるこ
とが必要であり、コネクタ１４内に限定されず、本体１
０内に設けてもよい。

次に、他の実施例を説明する。第４図に第２実施例の等
価回路を示す。ここでは、 型のインピーダンス整合回路が用いられている。この条
件は以下の式で表わされる。

第５図は第３実施例の等価回路図である。ここではπ型
のインピーダンス整合回路が用いられている。この条件
は以下の式で表わされる。

このような第２，第３実施例によっても第１実施例と同
様な効果が得られる。

なお、この考案は上述した実施例に限定されず、インピ
ーダンス整合回路として他の回路を用いても構わない。
また、結石破壊用のプローブにも限定されず、超音波振
動を負荷に伝えるものなら何にでも応用できる。

［考案の効果］ この考案による強力超音波プローブはそれ自体にインピ
ーダンス整合回路を具備しているのでどのような電源装
置に接続された場合でも、常に効率よく駆動される。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの考案による強力超音波プローブの第１実施
例の全体の概略図、第２図は共振時の超音波プローブの
等価回路図、第３図は第１図の等価回路図、第４図はこ
の考案の第２実施例の等価回路図、第５図はこの考案の
第３実施例の等価回路図、第６図は従来の強力超音波プ
ローブの概略図、第７図（ａ），（ｂ）は従来の強力超
音波プローブの等価回路図である。 １０…プローブ本体、１４…コネクタ、１６…電源装
置、２２…インピーダンス整合回路、Ｔ…トランス、Ｌ
…インダクタンス。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】単一の電源装置に着脱自在に接続されるコ
   ネクタを有し、該電源装置から供給される電力で駆動さ
   れる強力超音波プローブにおいて、 本体内部あるいはコネクタ内部に当該プローブと前記単
   一の電源装置とのインピーダンス整合回路を設けたこと
   を特徴とする強力超音波プローブ。