(57)【要約】【課題】超音波振動子の駆動装置において、共振周波数のバラツキが大きくても無調整で駆動できるようにする。【解決手段】共振周波数を含む所定周波数範囲の交番電圧を繰り返しスイープ出力するスイープ発振手段と、そのスイープ出力を複数の超音波振動子にそれぞれ電気的に分離して印可する駆動手段とを有するように構成する。【選択図】図１
2005261520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固有の共振周波数をそれぞれ有する複数の超音波振動子を駆動する超音波振動子の駆動装置であって、
前記共振周波数を含む所定周波数範囲の交番電圧を繰り返しスイープ出力するスイープ発振手段と、
該スイープ出力を該超音波振動子ごとに電気的に分離してそれぞれ印可する駆動手段と、
を有することを特徴とする超音波振動子の駆動装置。
【請求項２】
固有の共振周波数を有する超音波振動子を駆動する超音波振動子の駆動装置であって、
前記共振周波数を含む所定周波数範囲を分割した各区間の交番電圧をそれぞれ繰り返しスイープ出力する複数のスイープ発振手段と、
前記複数のスイープ出力を混合する混合手段と、
前記混合されたスイープ出力を該超音波振動子に印可する駆動手段と、
を有することを特徴とする超音波振動子の駆動装置。
【請求項３】
該駆動手段は、複数の超音波振動子を超音波振動子ごとに分離して駆動するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波振動子の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波振動子の駆動装置に関し、特に超音波振動子に印可する交番電圧の周波数設定に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、微弱超音波の生体への照射と軽度の運動とを併用することにより、照射部位の皮下脂肪が減少することが本願出願人らによって確かめられ、局所的に、且つ効率的に微弱超音波を照射し得る超音波照射装置（以下超音波美容・健康器と称する）が開発された。
この超音波美容・健康器は、図２の従来例を表す図に示すように、超音波を発生する２組の照射パッド（以下単にパッドとも称する）p-1,p-2、駆動部２、操作パネル７等により構成されており、パッドp-1,p-2を超音波ゼリーを介して部分やせしたい生体表面に接触させ、操作パネル７の押しボタンスイッチ（スタートSW ８）をオンすることにより、一定時間（約１０分間）、所定強さの超音波が体内に照射される仕組みとなっている。
図２において、パッドp-1,p-2は、照射部面積が20cm×13cm程度、厚さ10mm程度のゴムシートで、内部に複数の超音波振動子(2.5cm×2.5cm)17がモザイク状に１５個（３列５行）配列されている。
超音波振動子17は、共振周波数が500KHZ前後になるように成型されたセラミックスで、交番電圧を厚さ方向に印可することにより、ほぼ交番電圧の周波数に等しい超音波振動を圧電方向に発生する。これらの超音波振動子17の両面には電極が蒸着されており、パッドp-1,p-2内でそれぞれ並列に接続されていて、装置本体1にコネクタ15,16を介して接続される。
駆動部2は、パッドp-1,p-2に交番電圧を供給するものである。ここで、3は電圧制御型発振器VCO（V-Fコンバータ）で、電圧調整器VR 6により電圧を変化させて所要の超音波出力が得られるように発振周波数を調整する。4はゲートで、制御部10内のタイマ11により発生するゲート信号により、約10分間、VCO 3で発生した交番電圧を駆動アンプ5に供給する。操作パネル7には、スタートSW 8、ストップSW 9が設けられており、スタートSW 8をオンにすることにより、タイマ11が起動され、10分間パッドp-1,p-2を駆動して体内を照射する。任意の時間に照射を停止するときはストップSW 9を押下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
超音波振動子17は、厚さ等に基づく固有の共振周波数を持つ。この共振周波数で振動子17を駆動すると、最も効率的に超音波を発生するが、共振周波数からずれると、指数関数的に出力が落ちる。パッド表面の超音波出力は均一であることが望ましいから、１つのパッドp-1、もしくはパッドp-2には、それぞれ共振周波数がほぼ同じ振動子17が配置される。このように製作されたパッドp-1、もしくはパッドp-２は、内臓する振動子17の共振周波数にほぼ近い固有の共振周波数を持つ。このため、照射パッドは１つの振動子として扱うことができる。
しかし、パッド同士は、パッド内への振動子の装着,振動子の製造ロットの相違等に起因して、一般的には共振周波数が相違する。このため、2組以上のパッドを装置に接続する場合は、共振周波数の近いパッドを組み合わせ、且つ発振周波数を厳密に調整して、平衡な出力を得るようにしている。このように、従来の装置では、共振周波数が揃った振動子(特にパッド)を製造しなければならないとか、発振周波数の調整に工数を要するとか、発振周波数を厳密に調整しても超音波出力が周波数に対してクリティカルで、熱的変化等の環境に影響され易いとか、パッドを交換する際は、係員がユーザ側に出向いて調整しなければならないといった課題があった。
図３の課題説明図は、上記課題を説明するためのもので、パッドp-1の超音波出力をみながら発振周波数をその共振周波数f1 に調整した場合、そのパッドp-1の出力はrとなるが、共振周波数f2を持つパッドp-2の出力はsとなり、パッドp-2の出力sがrに比較して極端に低下することを示している。さらに共振周波数fnのごとく離れると同一周波数で駆動することは困難となることを示している。これを解決するためには、発振器、駆動アンプとパッドとを1対1に対応させればよいが、装置が高価となるといった課題が生じる。
本発明は上記課題に鑑み、発振周波数を調整する必要がなく、しかも共振周波数に対して余裕のある簡易な超音波振動子の駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題は、図１本発明の原理図に示すように、
(1)超音波振動子17の共振周波数を含む所定周波数範囲の交番電圧を繰り返しスイープ出力するスイープ発振手段20と、そのスイープ出力を超音波振動子17ごとに電気的に分離してそれぞれ印可する駆動手段5とを有する本発明の超音波振動子の駆動装置により解決することができる。
(2)又、超音波振動子の共振周波数を含む所定周波数範囲を分割した各区間の交番電圧をそれぞれ繰り返しスイープ出力する複数のスイープ発振手段と、それらのスイープ出力を混合する混合手段と、混合されたスイープ出力を超音波振動子に印可する駆動手段とを有する本発明の超音波振動子の駆動装置により解決することができる。
(3)なお、上記(2)において、複数の超音波振動子を駆動する場合は、駆動手段は、超音波振動子ごとに電気的に分離して駆動するように構成される。
【発明の効果】
【０００５】
(a)前記(1)では、図５の第１の実施例の説明図に示すように、超音波振動子の典型的な共振周波数f1の前後の周波数区間fs1〜fsnにおいて発振周波数を繰り返しスイープさせる。これにより、その周波数範囲内の共振周波数f1,f2,・・・fnを持つ1〜ｎ個の超音波振動子を無調整で駆動することができる。これにより、(イ)装置の出荷時とか、パッドを交換する場合等において、発振周波数を調整する必要がない、(ロ)パッドｎ個に対し、発振器が1個でよく、共振周波数がばらついて発振器と振動子とを対応させる場合と比較して、装置が安価になる、(ハ)室温の変化、振動子の発熱等の環境の変化により共振周波数が変化しても影響が少ない、等の効果を奏する。
(b) 前記(2)では、図7の第2の実施例の説明図に示すように、fs1〜fs2、fs2〜fs3、・・・、〜fsnのごとく、それぞれ所定区間を繰り返しスイープするｍ個の発振器を設けたもので、前記(1)よりもさらに広い範囲の共振周波数を持つ1〜ｎ個の超音波振動子を無調整で駆動することができる。
これにより、（イ）装置の出荷時とか、パッドを交換する場合等において、発振周波数を調整する必要がない。（ロ）パッドｎ個に対して発振器はｍ個でよく、(1)に比較してより広い範囲の共振周波数に対する駆動装置が安価になる、（ハ）１個の発振器のスイープ範囲を狭くできるので、(1)の場合と比較してスイープの繰り返しを速くでき、間欠的な出力が防止できる、（ニ）室温の変化、振動子の発熱等の環境の変化により共振周波数が変化しても影響が少ない、等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の実施例を図を用いて説明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を表す。
（第１の実施例）
第１の実施例は、１つのスイープ発振器でパッドｎ個の共振周波数を含む周波数範囲をスイープ出力する例を示す。図４は第１の実施例のブロック図、図５は第１の実施例の説明図である。
図４において、20はスイープ発振器で、電圧制御型発振器VCO 3とスイープ電圧発生器部21より構成され、周波数がスイープされた交番電圧を発生し、ｎ個の駆動アンプ5-1,5-2,・・・5-nを駆動する。ここで、電圧制御型発振器VCO 3は、入力電圧に応じた周波数(約500KHZ)を発生するもの、スイープ電圧発生器21は、鋸歯状波電圧(又は三角波、階段波等)を繰り返し発生するものである。 5-1,5-2,・・・5-nはn個の駆動アンプで、パッドp-1,p-2,・・・,p-nに対応して設けられ、それぞれ振動子間を電気的に分離して駆動する。  
以上の構成により、1個のスイープ発振器20で発生したスイープ出力の同一交番電圧がパッドp-1,p-2,・・・,p-nに印可され、それぞれ、図５にその例を示すような出力パターンを持つ超音波を発生する。なお、各パッドp-1,p-2,・・・p-n の共振周波数がそれぞれ異なっても、駆動アンプ5-1,5-2,・・・5-n のバッファ機能により、互いに干渉することはない。
図５は、スイープによる超音波出力例を示したもので、ｎ個のパッドのうちの共振周波数の最小値をf1、最大値をfnとすると、最小値f1と最大値fnとを十分含んだ区間(fs1〜fsn)をスイープする。具体的には、最小値と最大値との差を例えば共振周波数の１％とすると、共振周波数を500KHZとして、その１％、すなわち5KHZ以上の例えば7KHZをスイープ範囲とする。これにより、共振周波数のバラツキが5KHZ以内のパッドを無調整で駆動することができる。
スイープ区間を広くすると、図示のごとく間欠的な出力となり、平均的な出力は低下するが、駆動可能なパッドの選択範囲は増加する。fS1〜fS2 ごとくスイープ区間を狭めていくと、共振周波数が近接したf1とf2、又はf1のパッドのみが駆動可能となる。この場合、超音波出力は間欠的なものから脈流となって平均出力は増大する。なお、超音波出力の低下は照射時間でカバーできる。
(第2の実施例)
第2の実施例は、n個のパッドのうちの共振周波数の最小値f1から最大値f2との間をｍ分割(≦ｎ)し、それぞれの分割区間を複数のスイープ発振器に割り当てて周波数をスイープする方法である。図6は第2の実施例のプロック図、図7は第2の実施例の説明図である。
図6において、20-1〜20-mは、ｍ個のスイープ発振器で、電圧制御型発振器VCO 3と、それぞれに割り当てられた周波数範囲の周波数を発生させるスイープ電圧発振器21-1〜21-mより構成され、それぞれ割り当てられた区間のスイープ交番電圧を繰り返し発生する。図6では、スイープ発振器20-1が第1分割区間の周波数をスイープし、第ｍ分割区間はスイープ発振器20-mが分担してスイープする。
22-1〜20-mは抵抗器で、駆動アンプ5-1〜5-mとともに加算(混合)回路を形成し、スイープ発振器20-1〜20-mで発生したｍ個の交番電圧を加算する。
駆動アンプ5-1〜5-nはn個のパッドp-1〜p-nにそれぞれ接続され、それぞれパッドp-1〜p-nに前記加算された交番電圧を印可する。駆動アンプ5-1〜5-nはバッファとしても機能し、パッドp-1〜p-nを互いに分離する。
以上の構成により、スイープ発振器20-1〜20-mで発生した交番電圧は加算されて各駆動アンプを介してパッドp-1〜p-nに印可され、それぞれ図7の出力パターンで示したような超音波を発生する。
図7は、n個のパッドに対し、共振周波数の最小値f1と最大値fnとを含む周波数範囲fs1〜fsnの間を等分にｍ分割した模様を示したもので、各分割区間は互いに多少オーバラップさせる。以上により、パッドp-1についていえば、fs1〜fs2の出力パターンが繰り返し出力される。
第2の実施例は、第1の実施例におけるスイープ区間をfs1〜fs2としたものを複数個設けたものに相当するので、出力パターンを改善できるとともに、大幅に振動子の選択範囲を広げることができる。
なお、混合手段として、実施例では加算回路を示したが、乗算器,トランス結合など、加算回路に限るものではないことは勿論である。
以上説明したように、本発明は、複数個の超音波振動子の共振周波数を十分含む範囲をスイープする駆動装置を提供するもので、発振周波数を調整する必要がない、共振周波数の範囲を広げることができる、熱的変化に強い等の優れた効果を奏する。
なお、上記実施例では超音波美容・健康器における照射パッドを例として説明したが、この照射パッドの代わりに振動子に置き換えることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】は本発明の原理図
【図２】は従来例を表す図
【図３】は課題説明図
【図４】は第１の実施例のブロック図
【図５】は第１の実施例の説明図
【図６】は第２の実施例のブロック図
【図７】は第２の実施例の説明図
【符号の説明】
【０００８】
１  装置本体
2  駆動部
3  発振器VCO
4  ゲート
5  駆動アンプ、駆動手段
5-1〜5-n  駆動アンプ、駆動手段
6  電圧調整器
7  操作パネル
8  スタートSW
9  ストップSW
１０  制御部
１１  タイマ
１２  電源部
１５  コネクタ
１６  コネクタ
１７  振動子
２０  スイープ発振部、スイープ発振手段
２０ー１  スイープ発振部、スイープ発振手段
２０−ｍ  スイープ発振部、スイープ発振手段
２１  スイープ電圧発生器
２１−１  スイープ電圧発生器
２１−ｍ  スイープ電圧発生器
２２  抵抗器
２２−１  抵抗器
２２−ｍ  抵抗器
Ｐー１〜Ｐ−ｎ  照射パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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