JP6226622B2

JP6226622B2 - 超音波振動デバイスおよび超音波医療装置

Info

Publication number: JP6226622B2
Application number: JP2013163550A
Authority: JP
Inventors: 光神保
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2033-08-06
Also published as: JP2015033090A

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を備えた超音波医療装置に関する。

例えば、腹腔鏡下外科手術において、超音波振動を利用して、生体組織の凝固／切開処置を行なったり、止血・切開に用いられたりして超音波処置具では、ハンドピース内に超音波振動源として、超音波振動による摩擦／発熱を利用した超音波振動を発生させるランジュバン型振動子を内蔵したものがある。従来の超音波処置具は、棒状のプローブを介して処置部へ超音波振動を伝達している。

このような、超音波処置具に設けられる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、導電性接着剤を用いて圧電素子を積層した圧電素子ユニットを両端部にねじ切りがされた金属製の筒に挿入して、その両端部から金属部材をねじ込んで固定することにより超音波振動子が構成されている。

この従来の超音波振動子では、圧電振動子を接着による積層構造とすることで、従来のボルト締めランジュバン型振動子と比較して、ボルトを通すための穴を必要としないため、振動子の有効体積を効率よく増やせるとしている。

特開２０１０−３４８１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような構造の超音波振動子は、金属部材を金属製の筒にねじ込む際に、金属部材と接する圧電素子または電極に捩じり方向への回転トルクがかかってしまうと考えられる。

それによって、従来の超音波振動子は、金属部材、圧電素子および電極の各層がねじれることにより、ずれる方向に回転トルクが加わるため、電極層の剥離、各部材の破損などが懸念される。その結果として、従来の超音波振動子は、超音波発生素子としての本来の特性が得られない、もしくは共振体として駆動できない可能性が考えられる。

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、組立時における電極層の剥離、各部材の破損などを防止して、設計本来の特性を得られるようにした超音波振動デバイスおよび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２つの絶縁板および前記積層振動子を挟むように配設された２つのマス材と、前記２つの絶縁板および前記積層振動子よりも外方で前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けて、前記２つの絶縁板および前記積層振動子に所定の圧縮力を加えて固定する複数の締結部材と、を具備する。
本発明における他の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２つの絶縁板および前記積層振動子を挟むように配設された２つのマス材と、前記２つの絶縁板および前記積層振動子よりも外方で前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けて、前記２つの絶縁板および前記積層振動子に所定の圧縮力を加えて固定する複数の締結部材と、を具備し、前記積層振動子が表面多角形状の前記複数の圧電体および前記複数の電極板により外形が多角柱形状となるように積層され、前記２つのマス材の中心に前記積層振動子の中心を一致させると共に、前記２つのマス材の中心と前記複数の締結部材のそれぞれの中心とを結ぶ仮想線が前記積層振動子の各辺の中心を通るように、前記複数の締結部材が配置されていることを特徴とする超音波振動デバイス。
本発明における他の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２つの絶縁板および前記積層振動子を挟むように配設された２つのマス材と、前記２つの絶縁板および前記積層振動子よりも外方で前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けて、前記２つの絶縁板および前記積層振動子に所定の圧縮力を加えて固定する複数の締結部材と、を具備し、前記２つのマス材のうち、一方となる第１のマス材は、一面から前記複数の締結部材が延設して一体形成されており、前記２つのマス材のうち、他方の第２のマス材は、前記複数の締結部材が挿通する複数の貫通孔が形成され、前記複数の締結部材の延出端に形成されたネジ溝に螺合して前記第１のマス材および前記第２のマス材が近接する方向に締め付けるナットを備えたことを特徴とする超音波振動デバイス。

また、本発明における一態様の超音波医療装置は、上記に記載の何れか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。

本発明によれば、組立時における電極層の剥離、各部材の破損などを防止して、設計本来の特性を得られる超音波振動デバイス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、は超音波振動子の構成を示す斜視図同、超音波振動子のバックマス側から見た平面図同、超音波振動子の図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図同、超音波振動子の積層体と支柱の配置を説明するためのバックマス側から見た平面図同、第１の変形例の超音波振動子の積層体と支柱の配置を説明するためのバックマス側から見た平面図同、第２の変形例の超音波振動子の積層体と支柱の配置を説明するためのバックマス側から見た平面図本発明の第２の実施の形態に係る超音波振動子の構成を示す斜視図同、組立工具の構成を示す斜視図同、組立工具が用いられた状態の超音波振動子を示す斜視図同、組立工具が用いられた状態の超音波振動子のバックマス側から見た平面図本発明の第３の実施の形態に係る超音波振動子の構成を示す分解斜視図同、超音波振動子を示す斜視図同、組立工具が用いられた状態の超音波振動子のバックマス側から見た平面図本発明の第４の実施の形態に係る超音波振動子の構成を示す斜視図同、超音波振動子のバックマス側から見た平面図

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。

（第１の実施の形態）
先ず、本発明の第１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は超音波振動子の構成を示す斜視図、図７は超音波振動子のバックマス側から見た平面図、図８は超音波振動子の図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図、図９は超音波振動子の積層体と支柱の配置を説明するためのバックマス側から見た平面図、図１０は第１の変形例の超音波振動子の積層体と支柱の配置を説明するためのバックマス側から見た平面図、図１１は第２の変形例の超音波振動子の積層体と支柱の配置を説明するためのバックマス側から見た平面図である。

（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、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。

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の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に連設された金属円柱のマス材であるフロントマス５１と、ここでは矩形状（四角柱形状）に積層された積層振動子４１と、後方に配設された金属円柱のマス材であるバックマス５２と、フロントマス５１およびバックマス５２によって積層振動子４１を挟み込んで締結するための、複数、ここでは４つ（図３においては２つのみ図示）の金属性の締結部材としての支柱５３と、有している。

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（紙面での上下方向）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、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ，Ｐｂ(Ｚｒｘ，Ｔｉ_１−ｘ)Ｏ３）、圧電単結晶のニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）などの圧電材料が使用される。チタン酸ジルコン酸鉛（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、８つの矩形圧電体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、絶縁板４２，４３、８つの矩形圧電体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、図５に示すように、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。

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し、円板状として、全体が円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端部から、他の一辺に沿って延設された電極としての導出部６２ａ，６３ａがそれぞれ延設されている。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。

なお、正電側電極板６２および負電側電極板６３は、ここでは導出部６２ａ，６３ａが離反した一辺側における対角方向の異なる端部から延設されて、これら導出部６２ａ，６３ａが金属性の支柱５３と接触しないように積層される。なお、正電側電極板６２および負電側電極板６３は、支柱５３および互いが接触しないような構成であれば、同一方向に延設した構成であってもよい。

一対のマスであるフロントマス５１およびバックマス５２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。

フロントマス５１は、図５に示すように、外周近傍に両端を貫通するように略等間隔の４つのネジ孔５１ａが形成されており、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が形成されている。なお、４つのネジ孔５１ａは、フロントマス５１の中心に対して回転対称の外周縁辺部近傍の位置に形成されている。

バックマス５２は、外周近傍に両端を貫通するように略等間隔の４つの貫通孔５２ａが形成されている。これら４つの貫通孔５２ａは、フロントマス５１の４つのネジ孔５１ａと一致する位置に形成されており、支柱５３の外径よりも若干大きな、例えば、１０％〜２０％程度大きい孔径を有している。なお、４つの貫通孔５２ａも、バックマス５２の中心に対して回転対称の外周縁辺部近傍の位置に形成されている。

支柱５３は、一端にフロントマス５１のネジ孔５１ａに螺合するネジ溝５３ａが形成され、他端に六角レンチ用のレンチ穴５４ａ（図７および図８参照）が形成された頭部５４を有しており、バックマス５２の貫通孔５２ａに挿抜自在な締結部材としての金属棒体である。なお、頭部５４は、スパナ、レンチなど用の六角ヘッドでもよい。

また、支柱５３は、バックマス５２の貫通孔５２ａに挿入されて、フロントマス５１およびバックマス５２の間で積層振動子４１を挟み込んだ状態で、一端のネジ溝５３ａがフロントマス５１のネジ孔５１ａに螺合して締結できる所定の長さが設定されている。

以上に説明したように超音波振動子２は、図６から図８に示すように、フロントマス５１およびバックマス５２の中心に対して回転対称位置に設けられる４つの支柱５３の締め付けによってフロントマス５１およびバックマス５２が近接する方向に締結して、これらフロントマス５１およびバックマス５２の間において、両端が絶縁板４２，４３を介装させた状態の積層振動子４１を挟むように所定の圧縮力を有して固定した構成となっている。

（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。
先ず、フロントマス５１、絶縁板４２、正電側電極板６２と矩形圧電体６１と負電側電極板６３を順に複数積層した積層振動子４１、絶縁板４３およびバックマス５２の順に重畳させる。このとき、それぞれの長手方向の軸を図示しない治具などを用いて位置合わせを行うと共に、フロントマス５１の４つのネジ孔５１ａとバックマス５２の４つの貫通孔５２ａが対向するように重畳させる。

続いて、バックマス５２からフロントマス５１に向けて、ネジ溝５３ａ側から４つの貫通孔５２ａのそれぞれに支柱５３を挿入し、六角レンチによって、各ネジ溝５３ａをフロントマス５１のネジ孔５１ａに螺合させて締結する。このとき、各支柱５３の頭部５４の底面とバックマス５２の表面が接触して、且つ両端が絶縁板４２，４３に挟まれた積層振動子４１に所望の圧縮応力が加えられた状態となったときに支柱５３の締め付けを終了する。なお、所望の圧縮応力は、支柱５３を締め付けつける所定の締め付けトルクにより管理する。

即ち、超音波振動子２は、圧電素子としての矩形圧電体６１、正電側電極板６２および負電側電極板６３を交互に積層した積層振動子４１と、この積層振動子４１の両端に絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体を設けて、一対の金属マス材であるフロントマス５１およびバックマス５２により積層体を挟み込み、４つの支柱５３の締め付けによって積層体に圧縮力を加えた状態でフロントマス５１およびバックマス５２を固定した構成となっている。

このようにして組立てられた本実施の形態の超音波振動子２は、従来構成に比して、絶縁板４２，４３および積層振動子４１に捩り方向の回転トルクが加わらないため、特に、各矩形圧電体６１、各正電側電極板６２および各負電側電極板６３にせん断力による損傷を与えないようにすることができる。したがって、超音波振動子２は、設計に基づいた安定した共振特性を有する構成となる。

即ち、超音波振動子２は、組み立て時に積層振動子４１の両端に配設される絶縁板４２，４３と接するフロントマス５１およびバックマス５２自体が回転しないため、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体が捩じれてずれる方向に回転トルクが加えられない。

従って、超音波振動子２は、絶縁板４２，４３および積層振動子４１がずれることなく設計通りに配置可能となるばかりか、絶縁板４２，４３および積層振動子４１に損傷を与えることなく組立が可能となり、特に、積層振動子４１を構成する矩形圧電体６１、正電側電極板６２および負電側電極板６３の位置ずれ、傷が入ることなどによる損失を無くすことができる。そのため、超音波振動子２は、設計本来の振動特性を得ることができる。

ところで、フロントマス５１およびバックマス５２を締結して固定する複数、ここでは４つの支柱５３の配置位置と、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる表面矩形状（四角柱状）の積層体の配置位置の関係について以下に説明する。

超音波振動子２を組立てる過程において、フロントマス５１およびバックマス５２を支柱５３の締結によって近接させることで絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体に加える圧縮力を均等にして、圧縮力の応力分布をなくすようにする、即ち、一定に応力が加えられることが好ましい。

そのため、本実施の形態の超音波振動子２では、図９に示すように、フロントマス５１およびバックマス５２の中心Ｏに絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体の中心を一致させると共に、その中心Ｏと各支柱５３の中心Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄとを結ぶ仮想線が積層体の各辺の中心ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤを通るように、４つの支柱５３の配置位置と、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる表面矩形状（四角柱状）の積層体の配置位置が設定される。

換言すると、フロントマス５１の４つのネジ孔５１ａとバックマス５２の４つの貫通孔５２ａは、それぞれの中心が各支柱５３の中心Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄと一致するため、各中心（Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄ）がフロントマス５１およびバックマス５２の中心Ｏと積層体の各辺の中心ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤを通る仮想線上に位置するように形成される。

このような構成とすることで、支柱５３によってフロントマス５１およびバックマス５２が近接する方向に締め付けることで、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体に加えられる圧縮力が均等となり、圧縮力の応力分布がなくなり、即ち、一定に応力が加えられる。

（第１の変形例）
なお、図１０に示すように、例えば、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体が表面三角形状（三角柱状）であった場合、支柱５３が積層体の３辺に合わせて３つ設けられ、フロントマス５１およびバックマス５２の中心Ｏに表面三角形状の積層体の中心を一致させると共に、その中心Ｏと各支柱５３の中心Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃとを結ぶ仮想線が積層体の各辺の中心ＯＡ，ＯＢ，ＯＣを通るように、３つの支柱５３の配置位置と、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体の配置位置が設定される。

この場合においても、換言すると、フロントマス５１の３つのネジ孔５１ａとバックマス５２の３つの貫通孔５２ａは、それぞれの中心が各支柱５３の中心Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃと一致するため、各中心（Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ）がフロントマス５１およびバックマス５２の中心Ｏと積層体の各辺の中心ＯＡ，ＯＢ，ＯＣを通る仮想線上に位置するように形成される。

（第２の変形例）
さらに、図１１に示すように、例えば、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体が表面五角形状（五角形柱状）であった場合、支柱５３が積層体の５辺に合わせて５つ設けられ、フロントマス５１およびバックマス５２の中心Ｏに表面五角形状の積層体の中心を一致させると共に、その中心Ｏと各支柱５３の中心Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄ，Ｏｅとを結ぶ仮想線が積層体の各辺の中心ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ，ＯＥを通るように、５つの支柱５３の配置位置と、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体の配置位置が設定される。

この場合においても、換言すると、フロントマス５１の５つのネジ孔５１ａとバックマス５２の５つの貫通孔５２ａは、それぞれの中心が各支柱５３の中心Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃと一致するため、各中心（Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄ，Ｏｅ）がフロントマス５１およびバックマス５２の中心Ｏと積層体の各辺の中心ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ，ＯＥを通る仮想線上に位置するように形成される。

（第３の変形例）
上述の各支柱５３は、絶縁性材料を用いて外表面をコーティングしてもよい。このように各支柱５３を絶縁コーティングすることで、積層振動子４１が各支柱５３に接触してもよくなるため、組み立て時にフロントマス５１およびバックマス５２に対する絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１および各電極板６２，６３を位置決めする際に、各支柱５３を位置決め部材として利用することが可能となる。

これにより、超音波振動子２は、絶縁板４２，４３、各矩形圧電体６１および各電極板６２，６３を設計通りに配置可能となり、特に、積層振動子４１を構成する矩形圧電体６１、正電側電極板６２および負電側電極板６３の位置ずれなどによる損失を無くすことができる。そのため、超音波振動子２は、設計本来の振動特性を得ることができる。

（第２の実施の形態）
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１２は超音波振動子の構成を示す斜視図、図１３は組立工具の構成を示す斜視図、図１４は組立工具が用いられた状態の超音波振動子を示す斜視図、図１５は組立工具が用いられた状態の超音波振動子のバックマス側から見た平面図である。

本実施の形態では、第１の実施の形態に記載の超音波振動子２を組立てる過程において、支柱５３によって締め付けることで、フロントマス５１およびバックマス５２を近接させて、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体に加えられる圧縮力を均等にするための構成である。

図１２に示すように、４つの支柱５３の頭部５４は、側周面に歯が回転軸に平行に刻設された歯車構造となっている。このような歯車構造の頭部５４を備えた４つの支柱５３は、図１３に示す、組立工具１００を用いて一度に回転される。

この組立工具１００は、棒体１０１の端部に平歯車状となるように複数の歯が設けられた歯車部１０２が設けられている。歯車部１０２は、支柱５３の頭部５４に刻設された歯と同一のピッチで形成されている。

また、歯車部１０２の端面中央には、円柱状の突起部１０３が設けられている。なお、超音波振動子２のバックマス５２には、組立工具１００の突起部１０３が係入される位置合わせ用の穴部５２ｂが表面中央に形成されている（図１２参照）。なお、歯車部１０２の外径は、バックマス５２の穴部５２ｂに突起部１０３が係入した状態において、バックマス５２に挿入された４つの支柱５３の頭部５４のそれぞれに噛合する大きさに設定されている。

以上のように構成された本実施の形態の超音波振動子２は、組立工具１００を用いて４つの支柱５３を同時に回転させて、フロントマス５１およびバックマス５２を支柱５３によって締結して組立てられる。

具体的には、第１の実施の形態と同様に、先ず、フロントマス５１、絶縁板４２、正電側電極板６２と矩形圧電体６１と負電側電極板６３を順に複数積層した積層振動子４１、絶縁板４３およびバックマス５２の順に重畳させる。

このとき、それぞれの長手方向の軸の位置合わせを行うと共に、フロントマス５１の４つのネジ孔５１ａとバックマス５２の４つの貫通孔５２ａが対向するように重畳させる。続いて、バックマス５２からフロントマス５１に向けて、ネジ溝５３ａ側から４つの貫通孔５２ａのそれぞれに支柱５３を挿入する。

次に、図１４に示すように、バックマス５２に設けられた穴部５２ｂに組立工具１００の突起部１０３を係入する。このとき、図１５に示すように、組立工具１００の歯車部１０２の歯と４つの支柱５３のそれぞれの頭部５４の歯車の歯が同一ピッチに設定されており、歯車部１０２の歯と４つの頭部５４のそれぞれの歯が噛合した状態となる。

そして、組立工具１００を回転させると、歯車部１０２に噛合する４つの頭部５４が回転して、４つの支柱５３の各ネジ溝５３ａがフロントマス５１のネジ孔５１ａに螺着してフロントマス５１およびバックマス５２が近接する方向に締結される。

この場合においても、第１の実施の形態と同様に、各支柱５３の頭部５４の底面とバックマス５２の表面が接触して、且つ両端が絶縁板４２，４３に挟まれた積層振動子４１に所望の圧縮応力が加えられた状態となったときに、組立工具１００の回転を停止して４つの支柱５３の締め付けを終了する。最後に、組立工具１００を取り外し、本実施の形態の超音波振動子２が組み立てられる。

以上、説明したように構成された本実施の形態の超音波振動子２は、第１の実施の形態に記載の効果に加え、組立工具１００によって、全ての支柱５３が同時、且つ同一の締め込み量でフロントマス５１およびバックマス５２に締結されるため、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体にかかる圧縮応力は分布を持たない、即ち、一定の圧縮応力を積層体に加えることができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３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、ここでも第１および第２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１６は、超音波振動子の構成を示す分解斜視図、図１７は超音波振動子を示す斜視図、図１８は組立工具が用いられた状態の超音波振動子のバックマス側から見た平面図である。

本実施の形態の超音波振動子２は、図１６に示すように、フロントマス５１の一面から延設するように４つの支柱５３を一体的に形成した構成となっている。ここでの４つの支柱５３は、それぞれの延出端にネジ溝５３ａが設けられている。

各支柱５３がバックマス５２の貫通孔５２ａに挿通され、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体をフロントマス５１およびバックマス５２で挟んだ状態において、４つのネジ溝５３ａは、バックマス５２の一面から突出するようになっている。換言すると、４つの支柱５３は、積層体をフロントマス５１およびバックマス５２で挟んだ状態において、各ネジ溝５３ａがバックマス５２の一面から突出する長さに設定されている。

これら４つのネジ溝５３ａには、図１７に示すように、絶縁板４２，４３および積層振動子４１からなる積層体が介装されたフロントマス５１およびバックマス５２を所望の圧縮力で締結するための歯車ナット５５が螺着される。

即ち、本実施の形態の超音波振動子２は、第１の実施の形態のように各支柱５３をフロントマス５１へねじ込むことによってフロントマス５１およびバックマス５２を締結して組み立てるのではなく、４つの支柱５３がフロントマス５１と一体形成されて、４つの歯車ナット５５を各ネジ溝５３ａに締め付けて、フロントマス５１側にバックマス５２を移動させることで、積層体に所望の圧縮力を付加して組立をおこなう構成となっている。

なお、図１８に示すように、４つの歯車ナット５５の歯は、第２の実施の形態と同様に、組立工具１００の歯車部１０２の歯と同一ピッチに設定されている。組立工具１００の回転によって、歯車部１０２に噛合する４つの歯車ナット５５が回転して、４つの支柱５３の各ネジ溝５３ａへ螺着される構成となっている。

そして、各歯車ナット５５の底面とバックマス５２の表面が接触して、且つ、第１および第２の実施の形態と同様に、両端が絶縁板４２，４３に挟まれた積層振動子４１に所望の圧縮応力が加えられた状態となったときに、組立工具１００の回転を停止して４つの歯車ナット５５の締め付けを終了する。最後に、組立工具１００を取り外し、本実施の形態の超音波振動子２が組み立てられる。

以上、説明したように構成された本実施の形態の超音波振動子２は、第１および第２の実施の形態に記載の効果に加え、支柱５３をフロントマス５１に一体形成しているため、支柱５３のマス材であるフロントマス５１およびバックマス５２に対する垂直度が出しやすく、より安定した超音波特性を得ることができる。

なお、本実施の形態では、各支柱５３のネジ溝５３ａに螺着する歯車ナット５５の構成を例示したが、これに限定されることなく、レンチなどで個々に締め付ける六角ナットとしてもよい。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４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、ここでも第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１９は超音波振動子の構成を示す斜視図、図２０は超音波振動子のバックマス側から見た平面図である。

本実施の形態の超音波振動子２は、図１９および図２０に示すように、積層振動子４１の体積を大きくするため、フロントマス５１およびバックマス５２を締結する支柱５３を２つのみ用いた構成となっている。なお、２つの支柱５３は、配設される積層振動子４１において離反した２辺に合わせて配置される。即ち、フロントマス５１のネジ孔５１ａおよびバックマス５２の貫通孔５２ａは、配設される積層振動子４１の離反した２辺の中心近傍の外径方向に形成される。

これにより、積層振動子４１は、支柱５３が設けられる方向の長さＬ１よりも、支柱５３が設けられる方向に直交する長さＬ２を長く（Ｌ１＜Ｌ２）取れる。これにより、フロントマス５１およびバックマス５２の間に介装される積層振動子４１の体積を最大にとることができる。

このように、本実施の形態の超音波振動子２は、上述した第１から第３の実施の形態のように積層振動子４１の全ての４辺の外方に支柱５３を設けた構成ではなく、最低限にフロントマス５１およびバックマス５２を締結できる２本の支柱５３とした構成により、積層振動子４１の体積を大きくすることができる。その結果、超音波振動子２の出力を向上させることができる。

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
５１…フロントマス
５１ａ…ネジ孔
５１ｂ…雌ネジ穴
５２…バックマス
５２ａ…貫通孔
５２ｂ…穴部
５３…支柱
５３ａ…ネジ溝
５４…頭部
５４ａ…レンチ穴
５５…歯車ナット
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
１００…組立工具
１０１…棒体
１０２…歯車部
１０３…突起部

Claims

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２つの絶縁板および前記積層振動子を挟むように配設された２つのマス材と、
前記２つの絶縁板および前記積層振動子よりも外方で前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けて、前記２つの絶縁板および前記積層振動子に所定の圧縮力を加えて固定する複数の締結部材と、
を具備し、
前記２つのマス材のうち、一方の第１のマス材は、前記複数の締結部材が挿通する複数の貫通孔が形成され、
前記２つのマス材のうち、他方の第２のマス材は、前記複数の締結部材が螺着する複数のネジ孔が形成され、
前記複数の締結部材は、一端に前記第１のマス材の表面に当接する頭部を有し、他端に前記ネジ孔に螺着するネジ溝が形成されており、
前記頭部には、複数の歯が刻設された歯車構造を備え、
前記歯車構造を備えた前記頭部に噛合する組立工具によって前記複数の締結部材が同時に回転されて、前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けられ、
前記第１のマス材の表面には、前記組立工具の突起部が係入して位置決めするための穴部が形成されていることを特徴とする超音波振動デバイス。
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２つの絶縁板および前記積層振動子を挟むように配設された２つのマス材と、
前記２つの絶縁板および前記積層振動子よりも外方で前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けて、前記２つの絶縁板および前記積層振動子に所定の圧縮力を加えて固定する複数の締結部材と、
を具備し、
前記積層振動子が表面多角形状の前記複数の圧電体および前記複数の電極板により外形が多角柱形状となるように積層され、
前記２つのマス材の中心に前記積層振動子の中心を一致させると共に、前記２つのマス材の中心と前記複数の締結部材のそれぞれの中心とを結ぶ仮想線が前記積層振動子の各辺の中心を通るように、前記複数の締結部材が配置されていることを特徴とする超音波振動デバイス。
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２つの絶縁板および前記積層振動子を挟むように配設された２つのマス材と、
前記２つの絶縁板および前記積層振動子よりも外方で前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けて、前記２つの絶縁板および前記積層振動子に所定の圧縮力を加えて固定する複数の締結部材と、
を具備し、
前記２つのマス材のうち、一方となる第１のマス材は、一面から前記複数の締結部材が延設して一体形成されており、
前記２つのマス材のうち、他方の第２のマス材は、前記複数の締結部材が挿通する複数の貫通孔が形成され、
前記複数の締結部材の延出端に形成されたネジ溝に螺合して前記第１のマス材および前記第２のマス材が近接する方向に締め付けるナットを備えたことを特徴とする超音波振動デバイス。
前記複数の締結部材は、前記２つのマス材の中心に対して回転対称の位置に配設されてい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２つのマス材のうち、一方の第１のマス材は、前記複数の締結部材が挿通する複数の貫通孔が形成され、
前記２つのマス材のうち、他方の第２のマス材は、前記複数の締結部材が螺着する複数のネジ孔が形成され、
前記複数の締結部材は、一端に前記第１のマス材の表面に当接する頭部を有し、他端に前記ネジ孔に螺着するネジ溝が形成され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。
前記頭部には、複数の歯が刻設された歯車構造を備え、
前記歯車構造を備えた前記頭部に噛合する組立工具によって前記複数の締結部材が同時に回転されて、前記２つのマス材の互いが近接する方向に締め付けられ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。
前記ナットには、複数の歯が刻設された歯車構造を備え、
前記歯車構造を備えた前記ナットに噛合する組立工具によって複数の前記ナットが同時に回転されて、前記第１のマス材および前記第２のマス材が近接する方向に締め付けられることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動デバイス。
前記複数の締結部材は、外表面が絶縁コーティングされてい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。
前記複数の締結部材は、前記積層振動子および前記２つの絶縁板を前記２つのマス材に対して位置決めする位置決め部材を兼ねることを特徴とする請求項８に記載の超音波振動デバイス。
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。