JP5993330B2 - 積層型超音波振動デバイス、積層型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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Description
先ず、本発明の第1の実施の形態について、図面に基いて以下に説明する。
図1は、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は超音波振動子の構成を示す側面図、図6はLiNbO3ウエハの構成を示す平面図、図7はLiNbO3ウエハの構成を示す側面図、図8は溝が形成されたLiNbO3ウエハの構成を示す側面図、図9は下地金属が成膜されたLiNbO3ウエハの構成を示す断面図、図10はLiNbO3ウエハから個片化される複数の圧電単結晶チップの構成を示す断面図、図11は圧電単結晶チップの構成を示す斜視図、図12は超音波振動子の構成を示す分解斜視図、図13は超音波振動子の構成を示す斜視図、図14は正電側接合金属および負電側接合金属の厚さを説明するための超音波振動子の断面図、図15は超音波振動子の構成を示す断面図、図16は超音波振動子の構成を示す斜視図、図17は変形例の超音波振動子の構成を示す分解斜視図である。
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。
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、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4および図5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に螺着などされて接続されたホーン32と、このホーン32の後方に連設された、ここでは矩形状(四角柱形状)の積層振動子41と、ホーン32の基端から電気ケーブル36まで積層振動子41を覆うカバー体51と、を有して構成されている。なお、積層振動子41を覆うカバー体51は、基端部分に2つのFPC(フレキシブルプリント基板)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。
ここで、積層型超音波振動デバイスとしての超音波振動子2の製造方法について以下に説明する。
超音波振動子2は、キュリー点が高く、接合金属の融点でも圧電特性が劣化しない圧電材料を使用し、ここではLiNbO3ウエハ40(図6参照)から作成される。
次に、本発明の第2の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。なお、第1の実施の形態にて記載した各構成要素に関し、同一構成のものについては同じ符号を用いて、それらの詳細な説明を省略する。
図18は、LiNbO3ウエハの表面を示す平面図、図19はLiNbO3ウエハの裏面を示す平面図、図20はLiNbO3ウエハの構成を示す側面図、図21は溝が形成されたLiNbO3ウエハの構成を示す側面図、図22は下地金属が成膜されたLiNbO3ウエハの構成を示す断面図、図23はLiNbO3ウエハから個片化される複数の圧電単結晶チップの構成を示す断面図、図24は圧電単結晶チップの構成を示す斜視図、図25は4つの圧電単結晶チップの構成を示す分解斜視図、図26は超音波振動子の構成を示す断面図、図27は超音波振動子の構成を示す斜視図である。
図28は、超音波振動子の構成を示す斜視図である。
ここでの超音波振動子2は、図28に示すように、長手方向の中心軸Xと積層振動子41の離反する角部を通る平面Pによって区分けされた2つの側面の正電側接合金属62および負電側接合金属63の電気接続平面部62a,63aにFPC47,48の電気接点をはんだ、導電性ペーストなどを用いて形成された電気接続部49を接続する構成となっている。換言すると、FPC47,48は、隣接する積層振動子41の2つの側面において、正電側接合金属62および負電側接合金属63の電気接続平面部62a,63aと電気接続部49を介して電気的に接続されている。即ち、積層振動子41の隣接する2つの側面に電気接続平面部62a,63aが形成されるように面取り部66の位置が合うように4つの圧電単結晶チップ61が積層される。
図29は、超音波振動子の構成を示す斜視図である。
ここでの超音波振動子2は、図29に示すように、駆動に必要な正負の電圧が圧電単結晶チップ61に印加されるように積層振動子41の1つの側面において、1つのFPC50が正電側接合金属62および負電側接合金属63の電気接続平面部62a,63aと電気接続部49を介して電気的に接続されている。なお、2つのFPC47,48を積層振動子41の1つの側面に固定する構成としてもよい。ここでも、積層振動子41の1つの側面に電気接続平面部62a,63aが形成されるように面取り部66の位置が合うように4つの圧電単結晶チップ61が積層される。
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
36a,36b…配線
37…金属パイプ
38…コネクタ
39…フロントマス
40…LiNbO3ウエハ
41…積層振動子
42,43…絶縁板
44…バックマス
47,48,50…FPC
49…電気接続部
51…カバー体
52…折れ止
61…圧電単結晶チップ
62…正電側接合金属
63…負電側接合金属
62a,63a…電気接続平面部
64…溝
65…下地金属
66…面取り部
Claims (10)
- 複数の圧電体および複数の電極層が積層された積層型超音波振動デバイスにおいて、
前記複数の電極層は、前記複数の圧電体を接合する接合金属であり、積層する前記複数の圧電体の積層方向の離間距離よりも前記複数の電極層の外表面の前記積層方向の幅が大きく形成されている
ことを特徴とする積層型超音波振動デバイス。 - 駆動信号を供給する配線が接続される前記複数の電極層の前記外表面だけ、前記複数の圧電体の前記積層方向の前記離間距離よりも前記積層方向の幅が大きく形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の積層型超音波振動デバイス。 - 前記複数の電極層の内方側の厚さよりも外方側の厚さが大きくなるように、前記複数の圧電体の側面角部に面取り部が形成され、前記複数の電極層の前記外表面側の前記積層方向の幅が大きく形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の積層型超音波振動デバイス。 - 前記複数の圧電体および前記複数の電極層によって角柱形状の積層体が形成され、前記面取り部が前記複数の圧電体の少なくとも1つの前記側面角部に形成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の積層型超音波振動デバイス。 - 前記配線が接続される前記複数の電極層の前記外表面は、角柱形状の前記圧電体における隣接した2つの側面に形成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の積層型超音波振動デバイス。 - 前記圧電体は、圧電単結晶ウエハの表裏面にダイシング加工によってV状の溝部が形成され、前記溝部の中央に沿ってダイシング加工によって複数に個片化されると同時に切断された前記溝部から前記面取り部が形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の積層型超音波振動デバイス。 - 前記圧電体は、圧電単結晶ウエハの表裏面にダイシング加工によってV状の溝部が形成され、前記圧電単結晶ウエハの前記表裏面に溶融する前記接合金属との接合性を高める下地金属が成膜され、前記溝部の中央に沿ってダイシング加工によって複数に個片化されると同時に切断された前記溝部から前記面取り部が形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の積層型超音波振動デバイス。 - 請求項3に記載の積層型超音波振動デバイスの製造方法であって、
圧電単結晶ウエハの表裏面にダイシング加工によってV状の溝部を形成し、
前記溝部の中央に沿ってダイシング加工によって前記複数の圧電体に個片化すると同時に切断された前記溝部から前記面取り部を形成し、
前記複数の圧電体上に前記接合金属を設けて加熱冷却処理して前記複数の圧電体を接合して一体化すると共に前記接合金属から前記複数の電極層が形成される、
ことを特徴とする積層型超音波振動デバイスの製造方法。 - 前記圧電単結晶ウエハの表裏面にダイシング加工によってV状の溝部を形成した後、前記圧電単結晶ウエハの前記表裏面に溶融する前記接合金属との接合性を高める下地金属を成膜する
ことを特徴とする請求項8に記載の積層型超音波振動デバイスの製造方法。 - 請求項3または請求項8に記載の前記積層型超音波振動デバイスと、
前記積層型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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