JP2013248152A - 超音波振動デバイス、超音波振動デバイスの製造方法および超音波医療装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 組立の煩雑さを低減させることにより生産性を向上する超音波振動デバイスの提供。
【解決手段】 超音波振動デバイス２は、複数の圧電材料板４１ａ〜４１ｅおよび複数の電極層４２を積層して一体化した圧電材料ブロック４１と、圧電材料ブロック４１を積層方向の両端から挟み込むように配置される２つの金属体４４，４５と、複数の電極層４２の正電極同士および負電極同士がそれぞれ電気的に接続されるように圧電材料ブロック４１の側部に装着された通電部４７，４８と、を具備する。
【選択図】図４
【解決手段】 超音波振動デバイス２は、複数の圧電材料板４１ａ〜４１ｅおよび複数の電極層４２を積層して一体化した圧電材料ブロック４１と、圧電材料ブロック４１を積層方向の両端から挟み込むように配置される２つの金属体４４，４５と、複数の電極層４２の正電極同士および負電極同士がそれぞれ電気的に接続されるように圧電材料ブロック４１の側部に装着された通電部４７，４８と、を具備する。
【選択図】図４
Description
本発明は、超音波振動を励振する超音波振動デバイス、超音波振動デバイスの製造方法および超音波医療装置に関する。
近年、超音波振動子を備えた超音波医療装置が知られている。このように超音波振動子を用いた超音波医療装置は、例えば、特許文献１または特許文献２に開示されているような超音波振動（手術）装置がある。
これら従来の超音波医療装置は、電気的エネルギーを機械的動作（超音波振動）に変換する超音波振動子（トランスデューサ）と、その超音波振動を用いて患部の治療を行なうハンドル組立体とが設けられている。ハンドル組立体は、導波管（超音波伝達プローブ）を有する。超音波伝達プローブの基端部は、超音波振動子に連結されている。超音波伝達プローブの先端には、処置部であるエンドーイフェクタが設けられている。そして、超音波振動子から出力される超音波振動は、超音波伝達プローブを介してエンド−イフェクタに伝達され、患部が超音波振動によって処置される構成となっている。
ところで、特許文献１または特許文献２に記載されているような超音波振動子は、圧電材料板と電極板とが軸方向に交互に並列されている。電極板は、長手方向をなす軸（縦）方向に交互に配置されている負電極板と正電極板とを有している。同極の複数の電極板は、架橋部によって順次連結され、電気的に接続されている。負電極板と正電極板とに駆動電圧を印加することにより、圧電材料板に駆動電圧が印加されて超音波振動が発生され、振動子の全体が軸方向に超音波振動するようになっている。
しかしながら、従来の超音波振動子は、複数の圧電材料板と複数の電極板を超音波振動子の軸方向に互いが重なり合うように積み重ねる構成となっているため、組立作業が煩雑であり、生産性が悪かった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、組立の煩雑さを低減させて生産性を向上させる構成の超音波振動デバイスと、この超音波振動デバイスの製造方法と、この超音波デバイスを用いた超音波医療装置を提供することである。
本発明における一態様の超音波振動デバイスは、複数の圧電材料板および複数の電極層を積層して一体化した圧電材料ブロックと、前記圧電材料ブロックを積層方向の両端から挟み込むように配置される２つの金属体と、前記複数の電極層の正電極同士および負電極同士がそれぞれ電気的に接続されるように前記圧電材料ブロックの側部に装着された通電部と、を具備する。
また、本発明における一態様の超音波振動デバイスの製造方法は、複数の圧電材料板および複数の電極層を積層して一体化した圧電材料ブロックと、前記圧電材料ブロックを積層方向の両端から挟み込むように配置される２つの金属体と、前記複数の電極層の正電極同士および負電極同士がそれぞれ電気的に接続されるように前記圧電材料ブロックの側部に装着された通電部と、を具備する超音波振動デバイスの製造方法であって、複数の圧電材料ウエハに金属膜を成膜するステップと、前記複数の圧電材料ウエハを積層して、対向する前記金属膜を接合して一体化するステップと、一体化された前記複数の圧電材料ウエハに複数の貫通孔を穿設するステップと、前記貫通孔が中央となるように一体化された前記複数の圧電材料ウエハから複数の前記圧電材料ブロックを切出すステップと、を具備する。
また、本発明における一態様の超音波医療装置は、複数の圧電材料板および複数の電極層を積層して一体化した圧電材料ブロックと、前記圧電材料ブロックを積層方向の両端から挟み込むように配置される２つの金属体と、前記複数の電極層の正電極同士および負電極同士がそれぞれ電気的に接続されるように前記圧電材料ブロックの側部に装着された通電部と、を備えた超音波振動デバイスと、前記超音波デバイスで発生した超音波振動が伝達され生体組織を処置するプローブ先端部と、を具備する。
本発明によれば、組立の煩雑さを低減させて生産性を向上させる構成の超音波振動デバイスと、この超音波振動デバイスの製造方法と、この超音波デバイスを用いた超音波医療装置を提供することができる。
以下、図を用いて本発明について説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（超音波医療装置）
図１は、本発明の一態様の超音波医療装置の全体構成を示す断面図、図２は振動子ユニットの全体の概略構成を示す図、図３は他の態様の超音波医療装置の全体構成を示す断面図、図４は超音波振動子の構成を示す斜視図、図５は超音波振動子の製造手順を示すフローチャート、図６は圧電材料ウエハを示す斜視図、図７は金属膜を成膜した圧電材料ウエハを示す斜視図、図８は積層される複数の圧電材料ウエハを示す斜視図、図９は複数の圧電材料ウエハが積層された積層ウエハを示す斜視図、図１０は積層ウエハに複数の貫通孔を孔加工した状態を示す斜視図、図１１は積層ウエハを切出し加工した状態を示す斜視図、図１２は圧電材料ブロックを示す斜視図、図１３は積層振動子ユニットを示す分解斜視図、図１４は積層振動子ユニットの圧電材料ブロックへ電極を実装する状態を示す分解斜視図、図１５は積層振動子ユニットを示す側面図、図１６は変形例の超音波振動子の製造手順を示すフローチャート、図１７は変形例の積層振動子ユニットの圧電材料ブロックへ電極を実装する状態を示す分解斜視図、図１８は変形例の積層振動子ユニットを示す斜視図、図１９は変形例の電極基板の構成を示す斜視図、図２０は変形例の電極基板の背面を示す斜視図、図２１は変形例の積層振動子ユニットの圧電材料ブロックへ電極基板を実装する状態を示す分解斜視図、図２２は変形例の電極基板が実装された積層振動子ユニットを示す斜視図である。
図１は、本発明の一態様の超音波医療装置の全体構成を示す断面図、図２は振動子ユニットの全体の概略構成を示す図、図３は他の態様の超音波医療装置の全体構成を示す断面図、図４は超音波振動子の構成を示す斜視図、図５は超音波振動子の製造手順を示すフローチャート、図６は圧電材料ウエハを示す斜視図、図７は金属膜を成膜した圧電材料ウエハを示す斜視図、図８は積層される複数の圧電材料ウエハを示す斜視図、図９は複数の圧電材料ウエハが積層された積層ウエハを示す斜視図、図１０は積層ウエハに複数の貫通孔を孔加工した状態を示す斜視図、図１１は積層ウエハを切出し加工した状態を示す斜視図、図１２は圧電材料ブロックを示す斜視図、図１３は積層振動子ユニットを示す分解斜視図、図１４は積層振動子ユニットの圧電材料ブロックへ電極を実装する状態を示す分解斜視図、図１５は積層振動子ユニットを示す側面図、図１６は変形例の超音波振動子の製造手順を示すフローチャート、図１７は変形例の積層振動子ユニットの圧電材料ブロックへ電極を実装する状態を示す分解斜視図、図１８は変形例の積層振動子ユニットを示す斜視図、図１９は変形例の電極基板の構成を示す斜視図、図２０は変形例の電極基板の背面を示す斜視図、図２１は変形例の積層振動子ユニットの圧電材料ブロックへ電極基板を実装する状態を示す分解斜視図、図２２は変形例の電極基板が実装された積層振動子ユニットを示す斜視図である。
図１に示す、超音波医療装置１は、主に超音波振動を発生させる超音波振動子２を有する振動子ユニット３と、その超音波振動を用いて患部の治療を行うハンドルユニット４とが設けられている。
ハンドルユニット４は、操作部５と、長尺な外套管７からなる挿入シース部８と、先端処置部３０とを備える。挿入シース部８の基端部は、操作部５に軸回り方向に回転可能に取り付けられている。先端処置部３０は、挿入シース部８の先端に設けられている。ハンドルユニット４の操作部５は、操作部本体９と、固定ハンドル１０と、可動ハンドル１１と、回転ノブ１２とを有する。操作部本体９は、固定ハンドル１０と一体に形成されている。
操作部本体９と固定ハンドル１０との連結部には、背面側に可動ハンドル１１を挿通するスリット１３が形成されている。可動ハンドル１１の上部は、スリット１３を通して操作部本体９の内部に延出されている。スリット１３の下側の端部には、ハンドルストッパ１４が固定されている。可動ハンドル１１は、ハンドル支軸１５を介して操作部本体９に回動可能に取り付けられている。そして、ハンドル支軸１５を中心として可動ハンドル１１が回動する動作に伴い、可動ハンドル１１が固定ハンドル１０に対して開閉操作されるようになっている。
可動ハンドル１１の上端部には、略Ｕ字状の連結アーム１６が設けられている。また、挿入シース部８は、外套管７と、この外套管７内に軸方向に移動可能に挿通された操作パイプ１７とを有する。外套管７の基端部には、先端側部分よりも大径な大径部１８が形成されている。この大径部１８の周囲に回転ノブ１２が装着されるようになっている。
操作パイプ１９の外周面には、リング状のスライダ２０が軸方向に沿って移動可能に設けられている。スライダ２０の後方には、コイルばね（弾性部材）２１を介して固定リング２２が配設されている。
さらに、操作パイプ１９の先端部には、把持部２３の基端部が作用ピンを介して回動可能に連結されている。この把持部２３は、プローブ６の先端部３１と共に超音波医療装置１の処置部を構成している。そして、操作パイプ１９が軸方向に移動する動作時に、把持部２３は、作用ピンを介して前後方向に押し引き操作される。このとき、操作パイプ１９が手元側に移動操作される動作時には作用ピンを介して把持部２３が支点ピンを中心に時計回り方向に回動される。これにより、把持部２３がプローブ６の先端部３１に接近する方向（閉方向）に回動する。このとき、片開き型の把持部２３と、プローブ６の先端部３１との間で生体組織を把持することができる。
このように生体組織を把持した状態で、超音波電源から電力を超音波振動子２に供給し、超音波振動子２を振動させる。この超音波振動は、プローブ６の先端部３１まで伝達される。そして、この超音波振動を用いて把持部２３とプローブ６の先端部３１との間で把持されている生体組織の治療を行う。
（振動子ユニット）
ここで、振動子ユニット３について説明する。
振動子ユニット３は、図２に示すように、超音波振動子２と、この超音波振動子２で発生した超音波振動を伝達する棒状の振動伝達部材であるプローブ６とを一体的に組み付けたものである。
ここで、振動子ユニット３について説明する。
振動子ユニット３は、図２に示すように、超音波振動子２と、この超音波振動子２で発生した超音波振動を伝達する棒状の振動伝達部材であるプローブ６とを一体的に組み付けたものである。
超音波振動子２は、超音波振動子の振幅を増幅するホーン３２が連設されている。ホーン３２は、ジュラルミン、あるいは例えば６Ａｌ−４Ｖ（６４Ｔｉ）などのチタン合金によって形成されている。ホーン３２は、先端側に向かうに従って外径が細くなる円錐形状に形成されており、基端外周部に外向フランジ３３が形成されている。なお、ここでホーン３２の形状は円錐形状に限るものではなく、先端側に向かうに従って外径が指数関数的に細くなる指数形状や、先端側に向かうに従って段階的に細くなるステップ形状などであってもよい。
プローブ６は、例えば６４Ｔｉなどのチタン合金によって形成されたプローブ本体３４を有する。このプローブ本体３４の基端部側には、上述のホーン３２に連設された超音波振動子２が配設されている。このようにして、プローブ６と超音波振動子２とを一体化した振動子ユニット３が形成されている。なお、プローブ６は、プローブ本体３４とホーン３２とが螺着されており、プローブ本体３４とホーン３２が接合される。
そして、超音波振動子２で発生した超音波振動は、ホーン３２で増幅されたのち、プローブ６の先端部３１側に伝達するようになっている。プローブ６の先端部３１には、生体組織を処置する後述する処置部が形成されている。
また、プローブ本体３４の外周面には、軸方向の途中にある振動の節位置の数箇所に弾性部材でリング状に形成された間隔をあけて２つのゴムライニング３５が取り付けられている。そして、これらのゴムライニング３５によって、プローブ本体３４の外周面と後述する操作パイプ１９との接触を防止するようになっている。つまり、挿入シース部８の組み立て時に、振動子一体型プローブとしてのプローブ６は、操作パイプ１９の内部に挿入される。このとき、ゴムライニング３５によってプローブ本体３４の外周面と操作パイプ１９との接触を防止している。
また、超音波振動子２は、超音波振動を発生させるための電流を供給する図示しない電源装置本体に電気ケーブル３６を介して電気的に接続される。この電気ケーブル３６内の配線を通じて電源装置本体から電力を超音波振動子２に供給することによって、超音波振動子２が駆動される。なお、振動子ユニット３は、超音波振動を発生させる超音波振動子２、発生した超音波振動を増幅させるホーン３２および増幅された超音波振動を伝達するプローブ６を備えている。
なお、超音波振動子２と振動子ユニット３は、必ずしも図１に示したように操作部本体９内に収納されている必要はなく、例えば、図３に示すように操作パイプ１９内に収納されていても良い。この図３の超音波医療装置１において、超音波振動子２の折れ止５２から操作部本体９の基部に配設されたコネクタ３８までの間にある電気ケーブル３６は金属パイプ３７の中に挿通されて収納されている。ここで、コネクタ３８は、必須ではなく、電気ケーブル３６を操作部本体９内部まで延長し、直接超音波振動子２の折れ止５２に接続する構成であっても良い。超音波医療装置１は、図３のような構成により、操作部本体９内を、より省スペース化を向上することができる。なお、図３の超音波医療装置１としての機能は、図１と同様であるので詳細な説明は省略する。
（超音波振動子）
ここで、本発明の超音波振動デバイスとしての超音波振動子２について以下に説明する。
振動子ユニット３の超音波振動子２は、図４に示すように、先端から順に振動伝達部材の１つであるプローブ本体３４に螺着されたホーン３２と、積層振動子ユニット５０と、ホーン３２の基端から電気ケーブル３６まで積層振動子ユニット５０を覆うカバー体５１と、を有して構成されている。
ここで、本発明の超音波振動デバイスとしての超音波振動子２について以下に説明する。
振動子ユニット３の超音波振動子２は、図４に示すように、先端から順に振動伝達部材の１つであるプローブ本体３４に螺着されたホーン３２と、積層振動子ユニット５０と、ホーン３２の基端から電気ケーブル３６まで積層振動子ユニット５０を覆うカバー体５１と、を有して構成されている。
積層振動子ユニット５０は、ここでは前後方向の軸周りに４つの平面が形成された矩形状（四角柱状）の圧電材料ブロック４１と、この圧電材料ブロック４１の前後に配設された矩形板状の絶縁板４３と、ホーン３２に連結され、絶縁板４３を介して圧電材料ブロック４１の前方に設けられた金属ブロック体としてのフロントマス４４と、絶縁板４３を介して圧電材料ブロック４１の後方に設けられた金属ブロック体としてのバックマス４５と、圧電材料ブロック４１の側部に電気的に接合された通電部である２つの電極片４７，４８と、を有して構成されている。
圧電材料ブロック４１は、複数、ここでは５つの圧電材料板４１ａ〜４１ｅが積層されている。これらの圧電材料板４１ａ〜４１ｅの表面と裏面には、例えば、金などの金属膜が蒸着などにより形成された第１の電極層４２ａおよび第２の電極層４２ｂが形成されている。なお、第１の電極層４２ａおよび第２の電極層４２ｂは、金属膜の蒸着に限定されることなく、金属箔、金属板などとしても良い。
また、圧電材料ブロック４１は、第１の電極層４２ａおよび第２の電極層４２ｂが対向して接触（面接触）することで電気的に接続されるように各圧電材料板４１ａ〜４１ｅが長手軸方向（前後方向）に積層されている。こうして、圧電材料ブロック４１は、第１の電極層４２ａおよび第２の電極層４２ｂにより、前後および各圧電材料板４１ａ〜４１ｅの間に複数の電極層４２が形成される。これら複数の電極層４２は、前後方向に対して交互に正電極部および負電極部として構成されている。
なお、各圧電材料板４１ａ〜４１ｅは、ここでは図示しないが、フロントマス４４およびバックマス４５と螺着などして接続された後述の軸部材が中央に挿通され、フロントマス４４およびバックマス４５により前後方向から応力が加えられて締め付けられて積層されている。これらフロントマス４４およびバックマス４５は、ジェラルミン（Ａ２０２４のようなアルミ合金）、あるいは、例えば、６Ａｌ−４Ｖ（６４Ｔｉ）などのチタン合金によって形成されている。なお、軸部材は、フロントマス４４またはバックマス４５のいずれか一方と同時に製造されることにより、いずれかと一体化されていてもよい。
通電部である２つの電極片４７，４８は、圧電材料ブロック４１の側部、ここでは略平行な離反する２つの側面のそれぞれにおいて各電極層４２による正電極部同士または負電極部同士を電気的に接続する。これら２つの電極片４７，４８は、後端部に電気ケーブル３６の配線３６ａ，３６ｂと半田や導電性接着剤４９により溶着接合されて電気的に接続されている。
なお、積層振動子ユニット５０を覆うカバー体５１は、基端部分に２つの電極片４７，４８と電気的に接続された電気ケーブル３６の配線３６ａ，３６ｂを覆う折れ止５２を有している。
（超音波振動子の組み付け手順）
次に、以上に説明した超音波振動子２の組み付け手順（製造方法）について、図５のフローチャートのルーチン（ステップＳ）に従って以下に説明する。
次に、以上に説明した超音波振動子２の組み付け手順（製造方法）について、図５のフローチャートのルーチン（ステップＳ）に従って以下に説明する。
先ず、図６の圧電材料ウエハ６１に表裏面に図７に示すように金属膜６２を蒸着などにより形成する（Ｓ１）。なお、金属膜６２は、上述したように、金属箔、金属板などを圧電材料ウエハ６１の表裏面に接着などして設けても良い。
次に、所望の超音波振動子２の仕様に応じた枚数、ここでは図８に示すように５枚の圧電材料ウエハ６１を図９に示すように積層して接着する（Ｓ２）。そして、図１０に示すように、５枚の圧電材料ウエハ６１が積層された積層ウエハ６３に複数の貫通孔４６を孔加工により施す（Ｓ３）。
孔加工後、積層ウエハ６３から、図１１に示すように、圧電材料ブロック４１を切出加工する（Ｓ４）。こうして、積層ウエハ６３から、図１２に示すような圧電材料ブロック４１が複数抽出できる。即ち、複数の圧電材料板４１ａ〜４１ｅが積層した状態で一体化された圧電材料ブロック４１が抽出できる。ここで、圧電材料ウエハ６１に成膜された金属膜６２は、圧電材料ブロック４１の金属層として各電極層４２を構成する。
なお、圧電材料ブロック４１の形状は、超音波振動子２の仕様に合わせられるものである。さらに、ステップＳ３における複数の貫通孔４６の配置については、予め圧電材料ウエハ６１上に各貫通孔４６が１つの圧電材料ブロック４１の中央に位置する切出配置（面付け）が決められており、これに合わせて加工されているものである。
次に、切出された１つの圧電材料ブロック４１は、図１３に示すように、両端面（前後端）に配置される２つの絶縁板４３と共に、貫通孔４６に絶縁体から形成された軸部材５３が挿通される（Ｓ５）。各絶縁板４３にも、軸部材５３が挿通される孔部４３ａが形成されている。なお、軸部材５３の両端部分には、ネジ部５３ａがネジ切り（タップ）加工されている。
そして、軸部材５３の両端部のネジ部５３ａに圧電材料ブロック４１を挟み込むように金属ブロックであるフロントマス４４およびバックマス４５を螺着する（Ｓ６）。このとき、圧電材料ブロック４１の前後方向となる長手軸方向（前後となる積層方向）に締め付け応力を加えるようにフロントマス４４およびバックマス４５をネジ留めする。
ところで、圧電材料板４１ａ〜４１ｅは、締め付け応力に応じて異なる振動特性を示すため、所望の振動特性となるように、例えば、トルク量をモニタリングするなどして、圧電材料ブロック４１に所望の締め付け応力を付加する。なお、フロントマス４４およびバックマス４５の一端面中央には、タップ付のネジ穴（４４ａ）が加工されている。
次に、図１４および図１５に示すように、各圧電材料板４１ａ〜４１ｅへ通電するための通電部材としての電極片４７，４８を圧電材料ブロック４１の金属層としての各電極層４２が通電接触するように実装（装着）する（Ｓ７）。このとき、電極片４７，４８を半田などの導電性接着により圧電材料ブロック４１の平面形成された異なる側面に固着する。 なお、各電極片４７，４８は、複数の電極層４２による正電極部同士および負電極部同士が短絡することなく正電極部同士または負電極部同士のみが電気的に導通するよう複数、ここではそれぞれ３つの接合部４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃが突起した凹凸状に折り曲げ加工された細長の金属板である。そして、電極片４７の接合部４７ａ〜４７ｃと電極片４８の４８ａ〜４８ｃは、圧電材料ブロック４１の略平行な離反する２つの側面のそれぞれにおいて電極層４２の正電極部同士または負電極部同士が導通するように互い違いに各電極層４２に接続される。
ところで、フロントマス４４は、前方側となる一端にネジ部４４ｂを有し、このネジ部４４ｂがホーン３２の基端側の中央に形成されたネジ穴３２ａに螺着されて、ホーン３２に固着される。なお、図１４および図１５では、ホーン３２とフロントマス４４とが接合された状態を示しているが、ホーン３２とフロントマス４４との螺着による接合に関しては、上述のステップＳ７の圧電材料ブロック４１への電極片４７，４８の装着前後のいずれかで行えばよい。
そして、各電極片４７，４８の後端部に電気ケーブル３６の配線３６ａ，３６ｂが半田や導電性接着剤４９により溶着接合されて電気的に接続され、図３に示したように、積層振動子ユニット５０を覆うようにカバー体５１が組み付けられる。
なお、図５のステップＳ２において、各圧電材料ウエハ６１を接着積層したが、これに限定されることなく、例えば、図１６のステップＳ２´に基づいて、対向接触する金属膜６２同士を金属接合させてもよい。
さらに、軸部材５３は、フロントマス４４およびバックマス４５と同質の金属材料から形成してもよい。なお、軸部材５３を金属材料で形成した場合、圧電材料ブロック４１の複数の電極層４２と接触しないように、軸部材５３に絶縁コーティングが施されるか、軸部材５３と圧電材料ブロック４１に形成する貫通孔４６とのクリアランスを設けるように貫通孔４６の孔径および軸部材５３の径が設定されるものである。そして、この軸部材５３は、フロントマス４４またはバックマス４５の一方と一体化されるような構成であってもよい。
以上の説明から、本実施の形態の積層振動子ユニット５０は、複数の圧電材料板４１ａ〜４１ｅおよび複数の電極層４２が軸方向へ積層されると共に、各々の圧電材料板４１ａ〜４１ｅの電極層４２が接着または金属接合されて一体化した圧電材料ブロック４１を備え、この圧電材料ブロック４１の平面形成された異なる側面に２つの電極片４７，４８を固着するようにして製造組立性を向上させるという利点がある。即ち、圧電材料ブロック４１の長手軸（積層方向）周りに平面状の側面が形成されているため、２つの電極片４７，４８を圧電材料ブロック４１の複数の電極層４２への装着が容易に行える。
なお、上述の実施の形態においては、２つの電極片４７，４８を圧電材料ブロック４１の平面形状された異なる側面にそれぞれ固着する構成で説明してきたが、図１７のように圧電材料ブロック４１の平面形状された同一側面に２つの電極片４７，４８を固着させることで、更に生産性を向上させることができる。
また、図１９および図２０に示すように、２つの電極片４７、４８を一体化した構成の電極基板７０を用いることにより、さらに生産性を向上させることもできる。
具体的には、電極基板７０は、例えばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）７１を備え、このフレキシブルプリント基板７１に通電部としてパターン形成された平行な２つの導体箔７２，７３が配設されている。これら導体箔７２，７３には、フレキシブルプリント基板７１に形成された貫通穴部分において、半田や導電性接着剤４９により、複数の電極層４２と固着および導通される複数の電気接点７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃがフレキシブルプリント基板７１の背面側にて露出するように設けられている。
フレキシブルプリント基板７１は、図２０および図２１に示すように複数の電気接点７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃが露出した背面側が圧電材料ブロック４１の平面形状された一面のみに貼着される。このとき、各導体箔７２，７３は、各電気接点７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃが圧電材料ブロック４１の一面において電極層４２の正電極部同士または負電極部同士が導通するように互い違いに各電極層４２に接続される。
なお、各導体箔７２，７３には、それぞれの後端部分に電気ケーブル３６の配線３６ａ，３６ｂが半田や導電性接着剤４９により溶着接合されて電気的に接続される端子部７４を有している。また、電極基板７０は、フレキシブルプリント基板７１に限定されることなくリジット基板でもよい。
さらに、本実施の形態の積層振動子ユニット５０では、圧電材料板４１ａ〜４１ｅを、例えば、破損し易く加工および取り扱いが難しいとされるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような鉛を含有しない単結晶材料から形成しても、複数の圧電材料ウエハ６１を積層一体化し、孔加工、切り出し加工を施すことにより圧電材料ブロック４１の加工難易度を低減させて抽出することができるという利点もある。なお、圧電材料板４１ａ〜４１ｅは、勿論、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）でもよい。これらにより、本実施の形態の積層振動子ユニット５０は、従来に比して、歩留りの低下によるコスト高を防止することができ、製造容易性によるコスト低減に繋がる構成となる。
上述の実施の形態に記載した発明は、その実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。
１…超音波医療装置
２…超音波振動子
３…振動子ユニット
４…ハンドルユニット
５…操作部
６…プローブ
７…外套管
８…挿入シース部
９…操作部本体
１０…固定ハンドル
１１…可動ハンドル
１２…回転ノブ
１３…スリット
１４…ハンドルストッパ
１５…ハンドル支軸
１６…連結アーム
１７…操作パイプ
１８…大径部
１９…操作パイプ
２０…スライダ
２２…固定リング
２３…把持部
３０…先端処置部
３１…先端部
３２…ホーン
３２ａ…ネジ穴
３３…外向フランジ
３４…プローブ本体
３５…ゴムライニング
３６…電気ケーブル
３６ａ，３６ｂ…配線
３７…金属パイプ
３８…コネクタ
４１…圧電材料ブロック
４１ａ〜４１ｅ…圧電材料板
４２…電極層
４２ａ…第１の電極層
４２ｂ…第２の電極層
４３…絶縁板
４４…フロントマス
４４ａ…ネジ穴
４４ｂ…ネジ部
４５…バックマス
４６…貫通孔
４７，４８…電極片
４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃ…接合部
４９…半田や導電性接着剤
５０…積層振動子ユニット
５１…カバー体
５２…折れ止
５３…軸部材
５３ａ…ネジ部
６１…圧電材料ウエハ
６２…金属膜
６３…積層ウエハ
７０…電極基板
７１…フレキシブルプリント基板
７２，７３…導体箔
７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃ…電気接点
７４…端子部
２…超音波振動子
３…振動子ユニット
４…ハンドルユニット
５…操作部
６…プローブ
７…外套管
８…挿入シース部
９…操作部本体
１０…固定ハンドル
１１…可動ハンドル
１２…回転ノブ
１３…スリット
１４…ハンドルストッパ
１５…ハンドル支軸
１６…連結アーム
１７…操作パイプ
１８…大径部
１９…操作パイプ
２０…スライダ
２２…固定リング
２３…把持部
３０…先端処置部
３１…先端部
３２…ホーン
３２ａ…ネジ穴
３３…外向フランジ
３４…プローブ本体
３５…ゴムライニング
３６…電気ケーブル
３６ａ，３６ｂ…配線
３７…金属パイプ
３８…コネクタ
４１…圧電材料ブロック
４１ａ〜４１ｅ…圧電材料板
４２…電極層
４２ａ…第１の電極層
４２ｂ…第２の電極層
４３…絶縁板
４４…フロントマス
４４ａ…ネジ穴
４４ｂ…ネジ部
４５…バックマス
４６…貫通孔
４７，４８…電極片
４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃ…接合部
４９…半田や導電性接着剤
５０…積層振動子ユニット
５１…カバー体
５２…折れ止
５３…軸部材
５３ａ…ネジ部
６１…圧電材料ウエハ
６２…金属膜
６３…積層ウエハ
７０…電極基板
７１…フレキシブルプリント基板
７２，７３…導体箔
７２ａ〜７２ｃ，７３ａ〜７３ｃ…電気接点
７４…端子部
Claims (11)
- 複数の圧電材料板および複数の電極層を積層して一体化した圧電材料ブロックと、
前記圧電材料ブロックを積層方向の両端から挟み込むように配置される２つの金属体と、
前記複数の電極層の正電極同士および負電極同士がそれぞれ電気的に接続されるように前記圧電材料ブロックの側部に装着された通電部と、
を具備する超音波振動デバイス。 - 前記圧電材料ブロックは、前記通電部が配設される前記側部が平面形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動デバイス。
- 複数の前記通電部を複数の前記側部に固着すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波振動デバイス - 複数の前記通電部を同一の前記側部に固着すること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波振動デバイス - 前記複数の電極層が前記複数の圧電材料板の表裏面に成膜された金属膜であること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波振動デバイス - 前記複数の圧電材料板は、圧電単結晶材料であること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波振動デバイス - 前記圧電材料ブロックの積層方向の両端に前記２つの金属体との電気的短絡を防止する絶縁板を有すること
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波振動デバイス - 前記積層振動子の機械的振幅を増幅するホーンを有すること
を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超音波振動デバイス - 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超音波振動デバイスの製造方法であって、
複数の圧電材料ウエハに金属膜を成膜するステップと、
前記複数の圧電材料ウエハを積層して、対向する前記金属膜を接着して一体化するステップと、
一体化された前記複数の圧電材料ウエハに複数の貫通孔を穿設するステップと、
前記貫通孔が中央となるように一体化された前記複数の圧電材料ウエハから複数の前記圧電材料ブロックを切出すステップと、
を具備することを特徴とする超音波振動子デバイスの製造方法。 - 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超音波振動デバイスの製造方法であって、
複数の圧電材料ウエハに金属膜を成膜するステップと、
前記複数の圧電材料ウエハを積層して、対向する前記金属膜を接合して一体化するステップと、
一体化された前記複数の圧電材料ウエハに複数の貫通孔を穿設するステップと、
前記貫通孔が中央となるように一体化された前記複数の圧電材料ウエハから複数の前記圧電材料ブロックを切出すステップと、
を具備することを特徴とする超音波振動子デバイスの製造方法。 - 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の前記超音波振動デバイスと、
前記超音波デバイスで発生した超音波振動が伝達され生体組織を処置するプローブ先端部と、
を具備することを特徴とする超音波医療装置。
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