JP2015136595A - 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

Abstract

【課題】圧電体ユニットの金属電極板から金属ケース体への放電現象を防止した構成として、従来よりも細径とすることができる超音波振動デバイスを提供する。【解決手段】超音波振動デバイス２は、複数の圧電体６１および複数の電極板６２ａ，６３ａが積層された積層振動子と、積層振動子の両端に配設される２つの絶縁板４２，４３と、積層振動子および２つの絶縁板４２，４３を収容する金属ケース５０と、複数の電極板６２ａ，６３ａの露出部と金属ケース５０とを絶縁する絶縁処理部７１と、金属ケース５０に形成され、積層振動子および２つの絶縁板４２，４３が金属ケース５０に収容されて固定された後に、絶縁処理部７１を形成する絶縁材料を金属ケース５０内に導入するための開口部と、を具備する。【選択図】図１１

Description

本発明は、超音波振動を励振する超音波振動デバイス、この超音波振動デバイスの製造方法、超音波振動デバイスを備えた超音波医療装置に関する。

超音波振動を利用して、生体組織の凝固／切開処置を行なう超音波処置具では、ハンドピース内に超音波振動源として、ランジュバン型振動子を内蔵したものがある。

このような、ランジュバン型振動子は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されたランジュバン型振動子は、振動ブロック内に複数の圧電素子を積層収納し、圧電素子の汚れなどによる短絡を防ぐ技術が提案されている。

特許文献１のランジュバン型振動子は、金属ケース体としての振動ブロックと圧電素子ユニットとが絶縁されるように、圧電体に金属電極板からの放電現象を防止するための不活性領域が設けられている。

特開２００３−１９９１９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来のランジュバン振動子では、圧電体に不活性領域を設けることにより、その不活性領域によって圧電素子ユニットの小型化が阻害されて細径化の妨げになるという問題があった。

さらに、特許文献１に記載の従来のランジュバン振動子は、圧電体が振動ブロックに接触すると、異音、磨耗などといった現象が起こり、振動ブロックと圧電体の間に隙間を設ける必要があり、これによっても細径化に適さないという問題があった。

そのため、超音波処置具は、従来のランジュバン振動子が設けられるハンドピースの小型化が阻害されるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、圧電体ユニットの金属電極板から金属ケース体への放電現象を防止した構成として、従来よりも細径とすることができ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を提供できるようにすることである。

本発明における一態様の超音波振動デバイスは、複数の圧電体および複数の電極板が積層された積層振動子と、前記積層振動子の両端に配設される２つの絶縁板と、前記積層振動子および前記２つの絶縁板を収容する金属ケースと、前記複数の電極板の露出部と前記金属ケースとを絶縁する絶縁処理部と、前記金属ケースに形成され、前記積層振動子および前記２つの絶縁板が前記金属ケースに収容されて固定された後に、前記絶縁処理部を形成する絶縁材料を前記金属ケース内に導入するための開口部と、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、複数の圧電体および複数の電極板が積層された積層振動子と、前記積層振動子の両端に配設される２つの絶縁板と、前記積層振動子および前記２つの絶縁板を収容する金属ケースと、前記複数の電極板の露出部と前記金属ケースとを絶縁する絶縁処理部と、前記金属ケースに形成され、前記積層振動子および前記２つの絶縁板が前記金属ケースに収容されて固定された後に、前記絶縁処理部を形成する絶縁材料を前記金属ケース内に導入するための開口部と、を具備する超音波振動デバイスの製造方法であって、前記２つの絶縁板が両端に設けられるように、前記複数の圧電体および前記複数の電極板を積層して前記積層振動子を前記金属ケースの内壁に接触しない位置に収容して位置決め固定し、前記積層振動子を前記金属ケース内に位置決め固定した後に、少なくとも前記複数の電極板の露出部と前記金属ケースとが絶縁するように、前記開口部から前記絶縁材料を前記金属ケース内に導入させて前記絶縁処理部を形成する。

さらに、本発明における一態様の超音波医療装置は、複数の圧電体および複数の電極板が積層された積層振動子と、前記積層振動子の両端に配設される２つの絶縁板と、前記積層振動子および前記２つの絶縁板を収容する金属ケースと、前記複数の電極板の露出部と前記金属ケースとを絶縁する絶縁処理部と、前記金属ケースに形成され、前記積層振動子および前記２つの絶縁板が前記金属ケースに収容されて固定された後に、前記絶縁処理部を形成する絶縁材料を前記金属ケース内に導入するための開口部と、を具備する超音波振動デバイスと、前記超音波振動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、圧電体ユニットの金属電極板から金属ケース体への放電現象を防止した構成として、従来よりも細径とすることができ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を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波医療装置の全体構成示す断面図 同、振動子ユニットの全体の概略構成を示す図 同、振動子ユニットの構成を示す斜視図 同、絶縁板、矩形圧電体および電極板からなる積層体の構成を示す分解斜視図 同、振動子ユニットの構成を示す分解斜視図 同、超音波振動子の組み立て手順を示すフローチャート 同、ケース本体に蓋体が螺着嵌合される前の超音波振動子の斜視図 同、ケース本体に蓋体が螺着嵌合された後の超音波振動子の斜視図 同、電着による絶縁処理のために各電極板を短絡させた状態の超音波振動子を示す断面図 同、容器に溜められた電着液に超音波振動子を浸した状態を示す断面図 同、電着により電極板および導出部に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の縦断面図 同、電着により電極板および導出部に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の横断面図 同、第１の変形例に係り、電着による絶縁処理のために各電極板および金属ケースを短絡させた状態の超音波振動子を示す断面図 同、第１の変形例に係り、電着により電極板、導出部および金属ケースの外壁と内壁に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の縦断面図 同、第１の変形例に係り、電着により電極板、導出部および金属ケースの外壁と内壁に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の横断面図 同、第２の変形例に係り、金属ケースの蓋体に電着液が流入する孔部が形成された超音波振動子の断面図 同、第２の変形例に係り、金属ケースのケース本体の底部に電着液が流入する孔部が形成された超音波振動子の断面図 同、ガス重合により積層振動子および金属ケースの外壁と内壁に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の断面図 同、金属ケース内に充填樹脂部材が設けられた超音波振動子の断面図

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。

先ず、本発明の実施の形態について、図面に基づいて、以下に説明する。
図１は、超音波医療装置の全体構成示す断面図、図２は振動子ユニットの全体の概略構成を示す図、図３は振動子ユニットの構成を示す斜視図、図４は絶縁板、矩形圧電体および電極板からなる積層体の構成を示す分解斜視図、図５は振動子ユニットの構成を示す分解斜視図、図６は超音波振動子の組み立て手順を示すフローチャート、図７はケース本体に蓋体が螺着嵌合される前の超音波振動子の斜視図、図８はケース本体に蓋体が螺着嵌合された後の超音波振動子の斜視図、図９は電着による絶縁処理のために各電極板を短絡させた状態の超音波振動子を示す断面図、図１０は容器に溜められた電着液に超音波振動子を浸した状態を示す断面図、図１１は電着により電極板および導出部に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の縦断面図、図１２は電着により電極板および導出部に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の横断面図、図１３は第１の変形例に係り、電着による絶縁処理のために各電極板および金属ケースを短絡させた状態の超音波振動子を示す断面図、図１４は第１の変形例に係り、電着により電極板、導出部および金属ケースの外壁と内壁に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の縦断面図、図１５は第１の変形例に係り、電着により電極板、導出部および金属ケースの外壁と内壁に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の横断面図、図１６は第２の変形例に係り、金属ケースの蓋体に電着液が流入する孔部が形成された超音波振動子の断面図、図１７は第２の変形例に係り、金属ケースのケース本体の底部に電着液が流入する孔部が形成された超音波振動子の断面図、図１８はガス重合により積層振動子および金属ケースの外壁と内壁に絶縁コーティング層が成膜された超音波振動子の断面図、図１９は金属ケース内に充填樹脂部材が設けられた超音波振動子の断面図である。

（超音波医療装置）
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デバイスとしての超音波振動子２を有する振動子ユニット３と、この振動子ユニット３の基端側に設けられたハンドルユニット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凝固／切開などの治療を行う。

（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。

超音波振動子２は、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、中途外周部に操作部本体９（図１参照）へ固定するための外向フランジ３３が形成されており、この外向フランジ３３の後方に基端円柱部３８を有している。

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。

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間隔をあけて弾性部材でリング状に形成された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。

なお、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内の配線を通じて外部機器の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。

（超音波振動子）
ここで、本発明の積層型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３に示すように、ホーン３２後方の基端円柱部３８に連設されたケース体である金属ケース５０内に、ここでは矩形状（四角柱形状）に積層された積層振動子４１が内蔵されている。

積層振動子４１は、図４に示すように、多角形、ここでは矩形状に形成された矩形圧電体６１が積層されている。この積層振動子４１は、両端側にセラミックスなどから多角形、ここでは矩形状に形成された絶縁板４２，４３が配設されており、２つの絶縁板４２，４３によって前後（紙面では上下、以下の説明において紙面における上下でも前後という場合がある）が挟まれている。

ところで、本実施の形態の矩形圧電体６１には、チタン酸ジリコン酸鉛（ＰＺＴ，Ｐｂ(Ｚｒｘ，Ｔｉ_1-X)Ｏ３）、他の非鉛圧電材料、圧電単結晶のニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）などが使用される。チタン酸ジリコン酸鉛（ＰＺＴ）は、加工性がよく、高い生産性および高い電気機械変換効率を有し、圧電材料として優れた特性を持っているという利点がある。圧電単結晶のニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）は、高出力用途超音波振動子に適した高い機械的Ｑ値を有する非鉛圧電材料の１つであって、鉛を使用していないため、環境性に適している。

積層振動子４１は、絶縁板４２、複数の矩形圧電体６１および絶縁板４３の間に銅などの金属から多角形、ここでは矩形状に形成された正電極層となる正電側電極板６２および負電極層となる負電側電極板６３が交互に介装されている。

積層振動子４１は、図５に示すように、絶縁板４２，４３、複数の矩形圧電体６１および各電極板６２，６３の４つの角部と４辺が一致するように積層されて、全体が略四角柱形状にされる。即ち、各絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１および各電極板６２，６３は、それら表裏面の形状が略同一の矩形状となっている。ここで、矩形圧電体６１は、分極方向または結晶の上下面が隣接する矩形圧電体６１同士で交互に反転するように積層する。なお、絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１および各電極板６２，６３は、表面形状が矩形状に限定されることなく、多角形として、全体が多角柱形状となって積層する構成としてもよい。

また、正電側電極板６２および負電側電極板６３は、それぞれの一側辺の略中央から電極としての導出部６２ａ，６３ａが延設されている。これら導出部６２ａ，６３ａは、正電側と負電側が離反した異なる方向に延設されるように積層され、図１および図２に示した、電気ケーブル３６内の正電側または負電側の配線と電気的に接続される。

金属ケース５０は、加圧部材としての略円柱形状の蓋体５１と、この蓋体５１が一端開口部に螺着されて締結される有底筒状体のケース本体５２と、を有して構成されている。これら蓋体５１およびケース本体５２は、ジュラルミン、例えば６４Ｔｉなどのチタン合金、ステンレスなどによって形成されている。

即ち、蓋体５１およびケース本体５２は、それらの材料として、超音波振動による繰り返し応力に耐える必要があるため、チタン合金、ジュラルミン、ステンレスなどの高強度な金属材料が適している。

蓋体５１は、ケース本体５２への締め付け治具用の平面部５１ａが外周部の中心点対称の位置に形成されている。また、蓋体５１は、一端中央部にホーン３２の基端円柱部３８から延設される雄ネジ３８ａが螺着される雌ネジ穴５１ｂが形成されており、他端部にケース本体５２へ螺着するための雄ネジ部５１ｃを有している。

ケース本体５２は、開口部に蓋体５１の雄ネジ部５１ｃが螺合する雌ネジ部５２ａが形成されている。また、ケース本体５２は、外周部に、絶縁板４２，４３への給電部材としての導出部６２ａ，６３ａが延設するための配線導出口であって、絶縁板４２，４３、複数の矩形圧電体６１および各電極板６２，６３の４つの角部と４辺が一致させるための治具を挿入するための位置決め用の開口部であると共に、後述する絶縁処理のための絶縁部材を導入する開口部でもある孔部５３が形成されている。

この孔部５３は、ケース本体５２の長手軸方向に形成されたスリットであり、２つがケース本体５２の側周部に形成されている。なお、孔部５３は、それぞれがケース本体５２の中心軸回りの点対称の位置に形成されている。

以上のように構成された超音波振動子２は、積層振動子４１がケース本体５２に収容された後、ケース本体５２に蓋体５１が螺着して締結される。そして、超音波振動子２には、蓋体５１にホーン３２が螺着されて締結される。なお、超音波振動子２は、積層振動子４１を収容する金属ケース５０の蓋体５１がフロントマスを構成し、ケース本体５２の底部５５がバックマスを構成している。

そして、超音波振動子２は、外締めのランジュバン型振動子としたものとなっており、矩形に加工された圧電体である複数の矩形圧電体６１、複数の電極板６２，６３および２つの絶縁板４２，４３をケース本体５２内に配置して、これらをキャップとしての蓋体５１で加圧保持する超音波振動デバイスの構成となっている。

このような構造の超音波振動子２は、従来のボルト締めランジュバン型振動子と異なり、圧電材料に締結ボルトを貫通させる孔部が必要ないため、圧電材料に孔加工が不要となる。

これにより、超音波振動子２は、特に、矩形圧電体６１の形状加工が容易な構成となるため、生産性も向上する。従って、矩形圧電体６１は、チタン酸ジリコン酸鉛（ＰＺＴ）よりもニオブ酸リチウムのような、加工性の悪いニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）などの単結晶圧電材料を用いた超音波振動子２に特に有効な構造となっている。

（超音波振動子の組立方法）
ここで、超音波振動子２の組立方法について以下に説明する。
図６のフローチャートに示すように、先ず、ケース本体５２の内部に、絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１、各電極板６２，６３のそれぞれが交互に積層されて収容される（Ｓ１）。

このとき、ケース本体５２の内壁に接触しない所定の位置に一方の絶縁板４３が設置され、その絶縁板４３上に各電極板６２，６３および各矩形圧電体６１が交互に積層されて、最後に他方の絶縁板４２が配置される。

これにより、積層振動子４１を構成する絶縁板４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３は、図７に示すように、ケース本体５２の内壁に接触しない位置に収容される。なお、各電極板６２，６３のそれぞれの導出部６２ａ，６３ａは、ケース本体５２に形成された孔部５３から、ケース本体５２に接触しないように導出される。

次に、ケース本体５２内に収容された絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１および各電極板６２，６３が積層された積層体を位置決めする（Ｓ２）。

このとき、ケース本体５２に形成された２つの孔部５３のそれぞれに、ここでは図示しない位置決め部材が挿入される。そして、絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１、各電極板６２，６３が積層された積層体に位置決め部材が当て付けられ、所望の位置に精度良く積層された状態で位置決めされる。

そして、加圧部材である蓋体５１がケース本体５２に所定の締め付けトルクによって螺着により締結嵌合される（Ｓ３）。

このとき、加圧部材である蓋体５１がケース本体５２に螺着により締結され、図８に示すように、蓋体５１の雄ネジ部５１ｃの表面とケース本体５２の底部５５の表面によって積層振動子４１が絶縁板４２，４３と共に加圧される。

即ち、蓋体５１とケース本体５２が締結されることで、絶縁板４２，４３および積層振動子４１が動かないように一体的に組み立てられる。その後に、２つの位置決め部材が孔部５３から退避されて取り外される。

なお、以上に説明した組立手順は、一例であり、絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１および各電極板６２，６３のそれぞれが、位置決め部材を使用せずに、予め、導電性接着剤などによって、矩形ブロック状に積層されて接合された積層振動子４１に形成され、この積層振動子４１がケース本体５２内に収容されて、蓋体５１とケース本体５２が締結嵌合されてもよい。

次に、金属ケース５０内に収容された積層振動子４１の各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部に絶縁処理が行われる（Ｓ４）。なお、この絶縁処理に関しては、後述する。

ところで、超音波振動子２は、金属ケース５０の蓋体５１およびケース本体５２の内壁およびケース本体５２の各孔部５３の側壁と、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａと、の間で放電現象が発生しないようにするため、金属ケース５０と電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの間において、駆動電圧に応じた所定のクリアランス（絶縁距離／離間距離）を設ける必要がある。

特に、超音波振動子２は、圧電体としてニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）などを用いた圧電性単結晶材料、非鉛圧電材料などを用いた矩形圧電体６１の場合、チタン酸ジリコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電材料と比較して、インピーダンス値が高いため、より大きな駆動電圧が必要となる。

それに伴って、超音波振動子２は、金属ケース５０と各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの間において、より大きなクリアランス（絶縁距離／離間距離）が必要となる。このように超音波振動子２は、金属ケース５０と、特に各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａと、の間にクリアランス（絶縁距離／離間距離）を設ける必要があるため、金属ケース５０の小型化を阻害して、細径化が困難であるという欠点がある。

それを改善するために、本実施形態の超音波振動子２では、金属ケース５０に対して少なくとも各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部を絶縁処理して、金属ケース５０、特にケース本体５２と各電極板６２，６３の間のクリアランス（絶縁距離／離間距離）をできる限り小さくして細径化可能な構成となっている。

なお、超音波振動子２は、蓋体５１とケース本体５２が締結され、絶縁板４２，４３および積層振動子４１が組み立てられた後に、金属ケース５０に対して少なくとも各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部が絶縁処理される。

これは、超音波振動子２の組み立て前に予め金属ケース５０に対する各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａを絶縁処理することもできるが、寸法公差、組み付け時のズレなどによって、絶縁処理していない部分が露出してしまうと、その部分から金属ケース５０に放電現象が発生してしまう。

それを防止するために、本実施の形態の超音波振動子２は、組み立てられた後のほうが、寸法公差、組み付け時のズレなどによって露出した部分を含めて金属ケース５０に対する各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａを完全に絶縁処理することができる。

（絶縁処理部の形成方法）
ここで、上述したステップＳ４のルーチンにて、超音波振動子２における金属ケース５０内に収容された積層振動子４１の各電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの露出部を金属ケース５０に対して絶縁するための絶縁処理部を形成する種々の方法を以下に説明する。

（電着による絶縁処理部の形成）
先ず、各電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの露出部に電着によって絶縁処理部としての絶縁コーティング層７１を成膜した絶縁処理部の構成について説明する。

先ず、超音波振動子２は、図９に示すように、超音波振動子２の各電極板６２，６３の全てが電気的に接続されて、短絡した状態にされる。

なお、各導出部６２ａ，６３ａは、全てが短絡されたショート回路となるようにプラス極側の金属電極１０１と電気的に接続される。各電極板６２，６３と金属電極１０１との短絡処理は、絶縁コーティング層７１の成膜後に不要となるため、図示しないコンタクトピン、クリップコネクタなどを用いて各導出部６２ａ，６３ａを金属電極１０１から着脱容易な電気的接続方法が望ましい。

この状態から超音波振動子２は、図１０に示すように、容器１０４に溜められた電着液１０５内に浸される。すると、超音波振動子２は、金属ケース５０のケース本体５２に形成された開口部である孔部５３から金属ケース５０の内部に電着液１０５が流入される。

なお、電着液１０５には、カルボキシル基を持ったアクリル樹脂、アミノ基を持ったメラミン樹脂（エポキシ樹脂、アクリル樹脂）などの電着塗装溶液が用いられる。

そして、電着液１０５とプラス極の金属電極１０１とマイナス極の金属電極１０２間に電圧が印加される。こうして、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの絶縁コーティング層７１が成膜される。

即ち、本実施の形態では、所謂、アニオン電着塗装により、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部に絶縁コーティング層７１を電着塗装している。

なお、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部は、所謂、アニオン電着塗装に限定されることなく、マイナス極の金属電極１０２と短絡されて、所謂、カチオン電着塗装により、絶縁コーティング層７１が電着塗装されてもよい。

そして、超音波振動子２は、各導出部６２ａ，６３ａに接続されたコンタクトピン、クリップコネクタなどが取り外される。最後に、超音波振動子２は、電着液１０５が洗浄される。

こうして、図１１に示すように、各電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの露出部に電着によって絶縁コーティング層７１が成膜された超音波振動デバイスである超音波振動子２が完成する。

なお、各導出部６２ａ，６３ａは、電気ケーブル３６の配線と電気的に接続される部分に成膜された絶縁コーティング層７１が剥がされる。また、各導出部６２ａ，６３ａは、絶縁コーティング層７１の成膜時に電気ケーブル３６の配線と電気的に接続される部分を予めマスキングして絶縁コーティング層７１が成膜されないようにしてもよい。

以上のように構成された超音波振動子２は、図１２に示すように、特に、各電極板６２，６３の角部がケース本体５２の内壁に近接する。しかし、超音波振動子２は、各電極板６２，６３の露出部に絶縁コーティング層７１が成膜されていることで、各電極板６２，６３の角部からケース本体５２の内壁に放電現象が発生し難いため、ケース本体５２の内壁とのクリアランスとなる離間距離Ｌ１をできる限り短くすることができ、ケース本体５２の外径を小さくすることができる。

以上から、ここでの超音波振動子２は、積層振動子４１の各電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの露出部にエポキシ樹脂、アクリル樹脂などの絶縁コーティング層７１が電着によって成膜されることで、金属ケース５０と各電極板６２，６３の間のクリアランス（絶縁距離／離間距離）をできる限り小さくしても、金属ケース５０の蓋体５１およびケース本体５２の内壁およびケース本体５２の各孔部５３の側壁と電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの間で放電現象が発生し難く、細径化可能な構成とすることができる。

（第１の変形例）
なお、上述では、各電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの露出部のみ絶縁コーティング層７１を成膜したが、金属ケース５０の露出する外壁および内壁にも、絶縁処理部としての絶縁コーティング層７１を成膜した構成としてもよい。

各電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの露出部に加え、金属ケース５０の露出する外壁および内壁に絶縁コーティング層７１を成膜する方法としては、図１３に示すように、先ず、各導出部６２ａ，６３ａと共に、金属ケース５０の蓋体５１およびケース本体５２の全てが短絡されたショート回路となるように電気的に接続される。

そして、この状態から超音波振動子２は、上述と同様に、電着液１０５内に浸されて、プラス極の金属電極１０１とマイナス極の金属電極１０２間に電圧が印加される。

これにより、超音波振動子２は、図１３から図１５に示すように、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部に加え、金属ケース５０の蓋体５１およびケース本体５２の露出する内表面および外表面にも、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの絶縁コーティング層７１が成膜される。

このように、超音波振動子２は、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部に絶縁コーティング層７１を成膜した構成に加え、金属ケース５０の蓋体５１およびケース本体５２の露出する内表面および外表面にも絶縁コーティング層７１を成膜することで、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａと金属ケース５０の絶縁性をより向上させた構成となる。

（第２の変形例）
さらに、上述の超音波振動子２は、金属ケース５０のケース本体５２の側部に各導出部６２ａ，６３ａを外部へ導出する開口部であって、電着液１０５が金属ケース５０内に流入する開口部でもある孔部５３を設けた構成を例示したが、これに限定されることなく、図１６または図１７に示すように、加圧部材である蓋体５１またはケース本体５２の底部５５に開口部である孔部５４を設けて、電着液１０５が金属ケース５０内に流入できるような構成としてもよい。

なお、例えば、図１７に示すように、ケース本体５２の底部５５に形成した孔部５４は、導出部６２ａ，６３ａを外部へ導出するために利用してもよい。

（ガス重合による絶縁処理部の形成）
上述では、電着により絶縁コーティング層７１を形成した絶縁処理部の一例を挙げたが、これに変えて、超音波振動子２の露出する表面全体に、例えば、高分子絶縁材料をガス重合させて、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部にパラキシリレン系ポリマーなどの絶縁処理部である絶縁コーティング層７２を成膜してもよい。

具体的には、超音波振動子２は、ガス重合装置内に設置され、ガスが接触する金属ケース５０の外表面および金属ケース５０のケース本体５２に形成された開口部としての孔部５３から高分子絶縁材料が入り込み金属ケース５０の内表面および積層振動子４１の外表面に対して、高分子絶縁材料を重合させることで絶縁コーティング層７２が成膜される。

このようにガス重合によって成膜される絶縁コーティング層７２は、図１８に示すように、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部に加え、各矩形圧電体６１の露出部となる側面、金属ケース５０の外壁および内壁にも均一に成膜される。

これにより、超音波振動子２は、上述と同様に細径化できると共に、露出する面全てが絶縁コーティング層７２に覆われるため、より効果の高い絶縁性が確保できる。

また、このようなガス重合による絶縁コーティング層７２の成膜方法の場合、上述の電着による絶縁コーティング層７１の成膜方法と異なり、電着液１０５を洗浄する工程が不要となるため、より簡便に絶縁コーティング層７２を形成することができる。

以上から、ここでの超音波振動子２は、積層振動子４１の各電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの露出部に加え、各矩形圧電体６１の露出部となる側面、金属ケース５０の外壁および内壁にパラキシリレン系ポリマーなどの高分子絶縁材料からガス重合によって絶縁コーティング層７２が成膜されることで、金属ケース５０と各電極板６２，６３の間のクリアランス（絶縁距離／離間距離）をできる限り小さくしても、上述と同様に、金属ケース５０と電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの間で放電現象がより発生し難く、さらに細径化可能な構成とすることができる。

（シリコン樹脂の充填による絶縁処理）
超音波振動子２は、金属ケース５０内にシリコン樹脂などが充填されて、金属ケース５０と、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａと、を絶縁してもよい。

具体的には、超音波振動子２は、金属ケース５０のケース本体５２の孔部５３より絶縁性のある樹脂が流入されて充填される。そして、金属ケース５０内に充填された樹脂は、熱硬化、二液混合性などの方法によって硬化される。

ここでの超音波振動子２は、図１９に示すように、金属ケース５０内に充填硬化された絶縁処理部である充填樹脂部材７３が金属ケース５０内において、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部に加え、各矩形圧電体６１の露出部となる側面、金属ケース５０の内壁を覆うように配設される。即ち、超音波振動子２は、金属ケース５０内において、積層振動子４１が樹脂部材である充填樹脂部材７３に覆われた状態となる。

このように超音波振動子２は、上述した絶縁コーティング層７１，７２の成膜方法とは異なり、内部が樹脂で充填されることになる。そのため、積層振動子４１の各矩形圧電体６１による振動をできるだけ阻害しないことが必要となり、弾性率が低く柔らかい樹脂を選択することが必要となる。このような弾性率が低く柔らかい樹脂は、例えば、旭化成ワッカーシリコーン社のＭ４６０１などのシリコン樹脂が挙げられる。

なお、ガス重合とは別の方法として、液状の絶縁樹脂材料を超音波振動子２にディッピング（浸漬）して熱硬化などした絶縁コーティング層７２を成膜してもよい。

このような構成により、超音波振動子２は、上述と同様に絶縁性が確保でき、且つ細径化できると共に、さらに金属ケース５０内における気密性が向上する。

以上から、ここでの超音波振動子２は、積層振動子４１を覆うように金属ケース５０内にシリコン樹脂の充填樹脂部材７３が充填硬化されることで、金属ケース５０と各電極板６２，６３の間のクリアランス（絶縁距離／離間距離）をできる限り小さくしても、上述と同様に、金属ケース５０と電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａの間で放電現象がより発生し難く、細径化可能な構成とすることができる。

以上に記載したように、本実施の形態の超音波振動子２は、上述した各種手法による絶縁コーティング層７１，７２または充填樹脂部材７３により絶縁処理を施すことで、金属ケース５０と各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａとの絶縁性をより向上させることができ、従来よりも細径化できる構成となる。

さらに、超音波振動子２は、蓋体５１とケース本体５２が締結され、絶縁板４２，４３および積層振動子４１が金属ケース５０内に収容されて固定された後に、金属ケース５０に対して、少なくとも各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部を絶縁処理することで、寸法公差、組み付け時のズレなどによって生じる各電極板６２，６３の露出部も完全に絶縁処理することができる。

そのため、超音波振動子２は、電極板６２，６３および導出部６２ａ，６３ａから金属ケース５０への放電現象を確実に防止することができる。

ここで、上述した絶縁コーティング層７１，７２または充填樹脂部材７３は、従来のような空気層のみで確保していた絶縁距離（離間距離）に対して、どの程度で絶縁距離（離間距離）を縮小できるか下記の表に示すように検証してみた。

空気層のみによる絶縁耐電圧は、表１に示すように、約３ｋＶ／ｍｍである。そのため、従来の超音波振動子２は、例えば、１．５ｋＶの駆動電圧で駆動させたときに、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａから金属ケース５０へ放電が起こらないようにするには、少なくとも０．５ｍｍの空気層、即ちクリアランス（絶縁距離／離間距離）が必要となる。

これに対して、電着法により成膜される絶縁コーティング層７１に用いられるエポキシ樹脂、アクリル樹脂などは、表１に示すように、絶縁耐電圧が約２００ｋＶ／ｍｍとなる。

そのため、例えば、１．５ｋＶの駆動電圧で超音波振動子２を駆動させたときに、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａから金属ケース５０へ放電が起こらないようにするには、少なくとも０．００８ｍｍの厚さでエポキシ樹脂、アクリル樹脂などの絶縁コーティング層７１を各電極板６２，６３、各導出部６２ａ，６３ａおよび／または金属ケース５０に電着によって成膜すればよい。

また、ガス重合法により成膜される絶縁コーティング層７２に用いられるパラキシリレン系ポリマーは、表１に示すように、絶縁耐電圧が約２８０ｋＶ／ｍｍとなる。

そのため、例えば、１．５ｋＶの駆動電圧で超音波振動子２を駆動させたときに、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａから金属ケース５０へ放電が起こらないようにするには、少なくとも０．００５ｍｍの厚さでパラキシリレン系ポリマーの絶縁コーティング層７２を各電極板６２，６３、各導出部６２ａ，６３ａおよび金属ケース５０にガス重合によって成膜すればよい。

さらに、ディッピングにより成膜される絶縁コーティング層７２または充填硬化による充填樹脂部材７３に用いられるシリコン樹脂は、表１に示すように、絶縁耐電圧が約１４０ｋＶ／ｍｍとなる。

そのため、例えば、１．５ｋＶの駆動電圧で超音波振動子２を駆動させたときに、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａから金属ケース５０へ放電が起こらないようにするには、少なくとも０．０１ｍｍの厚さで絶縁コーティング層７２を各電極板６２，６３、各導出部６２ａ，６３ａおよび金属ケース５０にディッピングによって成膜すればよい。

また、シリコン樹脂の充填樹脂部材７３を金属ケース５０内に充填した場合においても、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａから金属ケース５０へ放電が起こらないようにするために、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａと金属ケース５０との間に充填される充填樹脂部材７３の厚さが少なくとも０．０１ｍｍあればよい。

以上の説明により、本実施の形態の超音波振動子２は、従来構成のように空気層だけで各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａから金属ケース５０へ放電が起こらないようにするためのクリアランス（絶縁距離／離間距離）に対して、絶縁コーティング層７１、７２または充填樹脂部材７３を設けることで、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａと金属ケース５０とのクリアランス（絶縁距離／離間距離）を、およそ１／５０〜１／１００に縮小することができる。

したがって、超音波振動子２は、従来構成のように金属ケース５０と積層振動子４１の各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａとの間に空間的隙間を空けて絶縁確保するよりも、各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａの露出部、積層振動子４１の露出する表面、または金属ケース５０の内壁および外壁に絶縁処理を施すことで、金属ケース５０と積層振動子４１とのクリアランス（絶縁距離／離間距離）を小さくすることができる。

その結果、超音波振動子２は、圧電体ユニットである積層振動子４１の各電極板６２，６３および各導出部６２ａ，６３ａから金属ケース体である金属ケース５０への放電現象を防止でき、従来よりも細径化することができる構成となる。

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
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
３８…基端円柱部
３８ａ…雄ネジ
４１…積層振動子
４２，４３…絶縁板
５０…金属ケース
５１…蓋体
５１ａ…平面部
５１ｂ…雌ネジ穴
５１ｃ…雄ネジ部
５２…ケース本体
５２ａ…雌ネジ部
５３，５４…孔部
５５…底部
６１…矩形圧電体
６２…正電側電極板
６２ａ，６３ａ…導出部
６３…負電側電極板
７１，７２…絶縁コーティング層
７３…充填樹脂部材
１０１，１０２…金属電極
１０３…電着液
１０４…容器
１０５…電着液

Claims (11)

1. 複数の圧電体および複数の電極板が積層された積層振動子と、
   前記積層振動子の両端に配設される２つの絶縁板と、
   前記積層振動子および前記２つの絶縁板を収容する金属ケースと、
   前記複数の電極板の露出部と前記金属ケースとを絶縁する絶縁処理部と、
   前記金属ケースに形成され、前記積層振動子および前記２つの絶縁板が前記金属ケースに収容されて固定された後に、前記絶縁処理部を形成する絶縁材料を前記金属ケース内に導入するための開口部と、
   を具備することを特徴とする超音波振動デバイス。
2. 前記金属ケースがケース本体および前記ケース本体に螺着して締結されて前記積層振動子および前記２つの絶縁板を加圧して固定する加圧部材を有し、
   前記開口部が前記ケース本体または前記加圧部材の少なくとも一方に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。
3. 前記開口部が電力供給用の配線導出口を兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の超音波振動デバイス。
4. 前記絶縁処理部は、前記開口部から導入された前記絶縁材料が少なくとも前記複数の電極板の露出部に成膜された絶縁コーティング層であ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。
5. 前記金属ケースの内壁にも、前記開口部から導入された前記絶縁材料によって前記絶縁コーティング層が成膜されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波振動デバイス。
6. 前記絶縁コーティング層は、電着により形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の超音波振動デバイス。
7. 前記絶縁コーティング層は、ガス重合により形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動デバイス。
8. 前記絶縁処理部は、前記絶縁材料が前記開口部から前記金属ケース内に充填されて形成されていることを請求項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。
9. 前記複数の圧電体は、圧電単結晶から形成されていることを特徴とする請求項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。
10. 請求項１から請求項９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、
    前記２つの絶縁板が両端に設けられるように、前記複数の圧電体および前記複数の電極板を積層して前記積層振動子を前記金属ケースの内壁に接触しない位置に収容して位置決め固定し、
    前記積層振動子を前記金属ケース内に位置決め固定した後に、少なくとも前記複数の電極板の露出部と前記金属ケースとが絶縁するように、前記開口部から前記絶縁材料を前記金属ケース内に導入させて前記絶縁処理部を形成することを特徴とする超音波振動デバイスの製造方法。
11. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超音波振動デバイスと、
    前記超音波振動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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