オーダンコイル

医療電気療法に使用されたオーダンコイル（1907年）とその回路の概略図（左）。

オーダンコイルは、オーダン発振器またはオーダン共振器とも呼ばれ、低電流レベルで非常に高い電圧、高周波の交流（AC）電気を生成する共振変圧器回路であり、^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} 20世紀初頭の 時代遅れの電気療法で使用されていました。 ^{[ 4 ]}テスラコイル と非常によく似ていますが、オーダンコイルがオートトランスとして接続されている点が異なります。^{[ 2 ] [ 5 ]} 1893年にフランスの医師ポール・マリー・ウダン^{[ 6 ]}が医師ジャック・アルセーヌ・ダルソンヴァルの電気治療装置^{[ 7 ] [ 8 ]}を改良して発明し、おそらく1940年まで医療用ジアテルミー療法やインチキ医療^{[ 9 ] [ 10 ]}に使用されました。コイルの高電圧出力端子は絶縁された手持ち式電極に接続され、発光ブラシ放電を発生させ、患者の体に電気治療で様々な病状を治療するために使用されました。^{[ 4 ]}

仕組み

オーダンコイルとテスラコイルは、スパーク励起の空芯二重同調変圧器回路で、共鳴を利用して低電流で非常に高い電圧を生成します。^{[ 11 ] [ 12 ]}これらは無線周波数(RF) 範囲 の交流電流を生成します。20 世紀初頭の医療用コイルは、200 kHz から 5 MHz の範囲の周波数で、50,000 ボルトから 100 万ボルトまでの電位を発生させました。^{[ 4 ]}コイルの一次回路にはライデン瓶コンデンサ (C) があり、コイルの一次巻線(L1)と組み合わせて共振回路(同調回路)を形成します。^{[ 4 ]} 医療用コイルでは通常、安全のために 2 つのコンデンサが使用され、一次回路の両側に 1 つずつ配置され、潜在的に致命的な低周波一次電流から患者を完全に隔離します。一次回路には、一次側の振動を励起するためのスイッチとして働くスパークギャップ(SG)一次回路は、高電圧トランスまたは誘導コイル^{[ 4 ]}（T）によって2～15kVの電位で駆動されます。トランスはコンデンサを繰り返し充電し、コンデンサはスパークギャップと一次巻線を通して放電します（テスラコイルの記事で説明されている動作サイクルの詳細な説明は、オーダンコイルにも当てはまります）。このサイクルは1秒間に何度も繰り返されます。各スパークの間、電荷は一次コイルを通ってコンデンサプレート間を高速で往復し、一次同調回路に減衰した高周波振動電流を発生させ、二次側に高電圧を誘導します。

二次巻線（L2）は開放されており、デバイスの出力電極に接続されている。オーダンコイルでは、一次巻線（L1）の片側は接地され、もう片側は二次巻線に接続されているため、一次巻線と二次巻線は直列に接続されている。オーダンコイルには2つのバージョンがあった。^{[ 3 ] [ 13 ] [ 14 ]}

1904年頃の初期型ウダンコイル。一次コイルと二次コイルが別々に設けられています。図では、ライデン瓶と垂直に配置された大きな二次共振コイルの間に見える小さな水平コイルが一次コイル（L1）です。回路に電力を供給する変圧器（T）は図示されていません。

• 初期のオーダン回路では、2つのコイルは磁気的に結合されておらず、20～40ターンの小さな水平一次コイル「ダルソンバル」(L1)とタップが接続され、多数の細いワイヤ（大きなコイルでは400～600ターン、小さなコイルでは100～300ターン）で構成された大きな垂直二次コイル「オーダン共振器」 (L2)が上部の高電圧端子に接続されていました。 ^{[ 2 ]}この回路では、高電圧は高Q二次コイルの自己共振によってのみ生成されていました。「ダルソンバル」コイルへの「共振器」コイルの追加はオーダンの貢献であり、回路の残りの部分はジャック・ダルソンバルによって発明されました。^{[ 3 ]}

後期型では、一次巻線と二次巻線を同じ形状に巻いてオートトランスを構成します。一次巻線は下側の粗巻線です。どちらの図でも、スパークギャップ（SG）はノイズを低減するため、右側の小さな箱（S）で囲まれています。

• 後期のオーダン回路では、コイルは磁気的に結合してオートトランスフォーマーを形成し、一次巻線は電磁誘導によって二次巻線に起電力を誘起します。両方のコイルは通常同じコイル枠に巻かれ、一次巻線は比較的少ない巻数の太い電線で構成され、調整可能なタップが二次巻線に接続されています。二次巻線は細い電線を多数巻いたものです。^{[ 3 ]} オーダンは、この回路は変圧器の巻数比が大きいため、より高い電圧を生成することを発見しました。

二次巻線はコンデンサを含んでいませんが、共振回路（電気共振器）でもあります。二次コイルの両端の寄生容量が、特定の共振周波数で二次巻線の大きなインダクタンスと共振します。この周波数で一次巻線が励起されると、二次巻線に大きな振動電圧が誘導されます。一次巻線の巻き数、つまり一次巻線の共振周波数は、コイルのタップで調整できます。2つの同調回路が同じ周波数で共振するように調整されると、コイルの大きな巻き数比と、同調回路の高いQ値の助けにより、一次電圧が二次巻線で数十万ボルトから数百万ボルトにまで上昇します。

二次側は一次回路に直接接続されており、一次回路には電源トランスから数千ボルトの致死的な低周波50/60Hz電流が流れている。オーダンコイルは医療機器であり、二次電流が人体に直接印加されるため、安全のため、オーダン回路には2つのコンデンサ（C）が一次側の各脚に1つずつ配置され、コイルと出力電極を主電源周波数で電源トランスから完全に分離している。^{[ 15 ]} 直列接続された2つの同一コンデンサの容量は1つのコンデンサの半分であるため、オーダン回路の共振周波数は

${\displaystyle f={1 \over 2\pi {\sqrt {L_{1}C/2}}}\;}$

1907年、オーダンコイルを用いたエフルビウム法による膝の治療。コイル上部に取り付けられた絶縁ハンドル付きの尖端電極(B)が膝に向けられている。患者はコイル下部に取り付けられた「接地」電極(A)を握っている。施術者のもう一方の手(D)がコイルを調整しているのがわかる。

オーダン電気療法用機器。オーダンコイル（右後方）、それに電力を供給する誘導コイル（中央後方）、水銀遮断器付き電源パネル（左後方）、凝縮ベッド（手前）が含まれています。

オーダンコイルを用いた細胞溶解による癌治療（座っている患者の左側）。オーダンコイルに電力を供給する誘導コイルと遮断器は患者の頭の後ろに設置されている。

初期型のもう一つのウダンコイル

使用

電気療法に使用する電極。すべて黒色の絶縁ハンドル（45、下部）に取り付けられ、ワイヤーでOudin端子に接続されます。

真空電極。

コイルの高電圧端子は、医師が患者の体に高電圧を印加するために使用する様々なタイプの手持ち式電極にワイヤーを介して接続されていました。10kHzを超える周波数の無線周波数（RF）領域の交流電流は、一般的に感電の感覚を引き起こさないため、患者にとって治療は苦痛ではありませんでした。オーダンコイルは「単極」発電機であり、コイルの下端は接地されていました。そのため、患者に電極を​​1つだけ適用し、電流の帰路は地面を通ることもありました。しかし、通常はコイルの下部からアース線が使用され、患者が持つアース電極に接続されていました。オーダンコイルの欠点は、使用中に電極とワイヤーが動くと、二次コイルの上端の容量が変化し、その結果、共振周波数が変化することです。^{[ 16 ]} これにより、二次コイルが一次コイルとの共振から外れ、電圧が低下しました。そのため、一次コイルと二次コイルを「同調」した状態に保つために、使用中は一次コイルのタップ ポイントを常に調整する必要がありました(上記の左側の画像を参照)。

動作中の真空電極が紫色の輝きを放っている

患者の体の様々な部位に電流を流すために、様々な特殊な電極が使用されました。これらは一般的に2種類に分けられます。患者の体外にブラシ放電（「エフルーブ」と呼ばれる）を流すには、絶縁ハンドルに1個以上の金属点が付いた電極が使用されました。皮膚への継続的なアーク放電（痛みを伴う高周波火傷を引き起こす可能性があります）を防ぐため、これらの電極は体から十分離して設置する必要がありました。体表面だけでなく、口、直腸、膣を通して体内の組織にも電流を直接流すには、真空管式の「凝縮」電極が使用されました。これは、様々な形状の部分的に真空にされたガラス管と、内部に密封された電極で構成され、高圧線に接続されていました。通電すると、劇的な紫色の輝きを放ちました。ガラス管のガラス管は、患者の体とコンデンサを形成し、電流はそこを通過するため、安全な値に制限されます。

全身に電流を流すために、「コンデンサー・カウチ」が使用されました。これはマットレスの下に金属製の背もたれが付いたベッドまたはカウチで、ワイヤーで高電圧端子に接続されていました。治療中に患者が握る側面の金属製ハンドレスト電極は「グランド」の帰路として機能し、コイルの底部に接続されていました。こうしてカウチはコンデンサを形成し、患者の体は一方の電極となりました。

歴史

1800年代、人体に電流を流す実験は、ヴィクトリア朝時代の医療分野へと発展しました。これは、一部は正当な実験医学、一部はインチキ医療であり、電気療法と呼ばれ、電流を様々な病状の治療に応用していました。 1886年のハインリヒ・ヘルツによる電波の発見、そしてその後オリバー・ロッジとグリエルモ・マルコーニによるラジオの開発は、高周波電流とそれを生成する回路への関心を呼び起こしました。「高周波」電流とは、可聴帯域を超える20kHz以上の周波数を指し、それを生成する共振コイルは一般的に「発振トランス」と呼ばれていました。1890年代、医師たちはこれらの高電圧および高周波電流を人体に流す実験を始めました（当時の医療専門家の倫理基準は緩く、医師は患者に対して実験を行うことができました）。1890年、フランスの医師ジャック・アルセーヌ・ダルソンヴァルは高周波電気療法という分野を創設し、人体に高周波電流を流す最初の実験を行いました。彼は、10kHzを超える電流は筋収縮や神経活性化を起こさず、電気ショックのような感覚を起こさないことを発見した。そのため、患者に極めて高い電圧を印加しても不快感は生じない。1891年、アメリカでは技術者ニコラ・テスラが独自に同じことを発見した。この分野では、この分野の先駆者であるダルソンバル、テスラ、オーダンの3人によって開発された3種類の装置が使用され、それぞれを基盤として臨床技術が発展した。^{[ 3 ] [ 4 ]}

ダルソンバル装置

小型医療用テスラコイル。コイルは絶縁のためオイルに浸されています。Oudinとは異なり、このテスラコイルは双極型です。

• ダルソンバル装置- ダルソンバルは最初に高周波交流発電機を使用しましたが、この装置は10kHzを超える周波数を発生できませんでした。より高い周波数を実現するために、彼は2つのライデン瓶コンデンサと、比較的少ない巻数（10～30回）の太い線で構成された小型コイルからなる単一の同調回路と、振動を励起するための誘導コイルとスパークギャップを備えた回路を開発しました（図を参照）。これは二次巻線のないテスラ回路に似ています。この回路は比較的低い電圧（おそらく30kV）で、「ダルソンバル電流」と呼ばれる高電流を発生させました。この回路は「双極」回路で、コイルの両端から2本の電線が患者の体の異なる部位の電極に接続されていました。高周波電流は、電子レンジの動作と同様に、患者の体に熱を発生させることができ、これはジアテルミー（ベハリー）と呼ばれました。治療目的か手術による破壊効果の目的かによって、サーモファラディズムやサーモペネトレーションなどの別名も使われた（ベハリー）。
• ウダン共振器- 1893年、フランスの医師ポール・マリー・ウダンは、ダルソンバル回路を改良し、細いワイヤーを多数回巻いた2つ目の大きな「共振器」コイルを、小さなダルソンバルコイルのタップに追加しました。タップポイントを調整することで、2つ目のコイルを同調回路と共振させ、テスラ回路と同様に、より低い電流でより高い電圧を発生させることができました。初期の「ウダン共振器」装置では、2つのコイルは独立しており、磁気的に結合していませんでした。後にウダンは、コイルを磁気的に結合し、小さなコイルを大きなコイルの一次巻線にすることで効率を高めることができることを発見しました。^{[ 13 ]} ウダン共振器は非常に高い電圧と低い電流の電気を生成しました。これは「ユニポーラ」回路で、片端が接地され、出力端子が1つしかありませんでした。
• テスラ・トムソン装置- セルビア系アメリカ人技術者ニコラ・テスラは、1891年にテスラコイル回路を発明し、高電圧RF共振変圧器の分野を切り開きました。彼とエリフ・トムソンは、自らの体に高電圧を印加する実験を行いました。テスラは様々な共振変圧器回路を発明しましたが、彼の名を冠した電気療法回路は「双極」回路で、火花励起された同調一次コイル（数巻き）が、細い線を多数巻きした対称双極二次コイルの中心を囲むように配置され、両端に出力端子が設けられていました。

ダルソンバル式とオーダン式はヨーロッパで人気を博し、テスラ・トンプソン式は主にアメリカで使用されました。20世紀初頭には両陣営の間で激しい対立があり、医学文献では「テスラ電流」と「オーダン電流」のどちらが様々な症状に優れているかという議論が繰り広げられました。1920年までに、これらの電流は非常に類似していることが判明しました。回路が非常に類似していたため、医療機器メーカーは、テスラ、ダルソンバル、またはオーダン療法に使用できる複合型「高周波」装置を販売しました。これはレントゲン線（X線）と組み合わせることもよくありました。

オーダンが一次コイルと「共振器」コイルを同一形状に組み合わせ、空芯オートトランスフォーマーを考案した後、テスラコイルとオーダンコイルの唯一の大きな違いは、医療用テスラコイルが「双極」であるのに対し、オーダンコイルは片端が接地された「単極」コイルであったことです。時が経つにつれて用語の意味は変化し、（おそらく1920年頃）テスラコイルは「双極」コイル、すなわち2つの出力端子を持つ接地されていない平衡二次コイルを持つ高電圧コイルを指すようになりました。一方、オーダンコイルは「単極」コイル、すなわち接地された二次コイルと1つの出力端子を持つコイルを指すようになりました。^{[ 13 ]}

1930年代頃、 高周波医療機器において、火花励起回路は真空管発振器に置き換えられました。電気療法の分野は現代のジアテルミー（透熱療法）の分野に取って代わられ、オーダンコイルは時代遅れとなりました。皮肉なことに、現代のテスラコイルは単極型で、高電圧端子が1つしかないため、オーダンコイルと呼ばれることもあります。^{[ 13 ] [ 17 ]}

参照

• バイオレットワンド

参考文献

1. Strong, Fr​​ederick Finch (1908).高周波電流. Rebman Company. p. 41.
2. カーティス、トーマス・スタンレー（1916年）『高周波装置：その構造と実用的応用』ニューヨーク：エブリデイ・メカニクス社、pp.  45-47。オーダンコイル。
3. Martin, James M. (1912).実用的な電気治療とX線治療. CV Mosby Co. pp.  187–192 . Oudinコイル.
4. ストロング、フレデリック・フィンチ（1918年）『現代電気療法のエッセンシャルズ』（第2版）ニューヨーク：レブマン社、pp.  73-75。オーディン。
5. Hickman, Bert (2000年11月30日). 「Re: Oudin vs Tesla coils」 .テスラコイルメーリングリスト. Chip Atkinsonのウェブサイト. 2014年12月2日閲覧.
6. マンダース、ホレス（1902年8月1日）「高周波電流のいくつかの現象」『理学療法ジャーナル』3 (1)。ロンドン：ジョン・ベール・サンズ・アンド・ダニエルソン社：226。2014年12月2日閲覧。
7. Filingeri, V.; Gravante, G.; Cassisa, D. (2005). 「肛門科における無線周波数の物理学」(PDF) . European Review for Medical and Pharmacological Sciences . 9 (6): 349. 2015年4月11日閲覧。
8. エバーハート、ノーブル・マレー (1919). 『高周波電流の実用マニュアル』（第5版）シカゴ：ニュー・メディシン・パブリッシング・カンパニー pp.  40 .オーダン共振器.
9. Batten, George B. (1926年11月1日). 「人々、ブーム、着実な進歩：電気治療部門会長演説」 . Proceedings of Royal Society of Medicine . 20 (1). ロンドン: Royal Society: 33–34 . PMC 2100469. PMID 19985436. 2025年2月9日閲覧。  
10. デ・ラ・ペーニャ、キャロリン・トーマス (2005). 『電気体：奇妙な機械が現代アメリカをどう築いたか』 NYU Press. pp.  95– 96. ISBN 9780814719831。
11. ブリュースター、フランク（1914年6月）「高周波電流装置 第5章 高周波変圧器」モダン・エレクトリックス・アンド・マグネティクス28 ( 6). ニューヨーク：モダン・パブリッシング・カンパニー：762-764 . 2014年12月2日閲覧。
12. ミシシッピ州ナイドゥ;カマラジュ、V. (2009)。高電圧エンジニアリング。インド: タタ・マグロウヒル教育。 p. 170.ISBN​ 978-0070669284。
13. Behary, Jeff (2007年7月1日). 「Re: Oudin coil」 .テスラリスト(メーリングリスト) . 2015年4月10日閲覧。
14. トゥージー、シンクレア（1921年）『医療用電気、レントゲン線とラジウム』第3版、WBサンダース社、pp.541, 548–550。
15. マンダース、1902年、「高周波電流のいくつかの現象」、p. 220-221
16. マンダース、1902年、「高周波電流のいくつかの現象」、223ページ
17. スケルトン、ケン. 「オーダン発振器」 . Public Understanding of Science . グラスゴー大学物理天文学部. 2005年4月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年4月10日閲覧。