JPH11178096A

JPH11178096A - 超音波発生装置

Info

Publication number: JPH11178096A
Application number: JP9362887A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yokoyama; 勝徳横山; Yasuhiro Sakamoto; 安弘坂本
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】水による冷却効果が充分に発揮されて圧電セ
ラミック素子の高温化が抑制され、然もキャビテーショ
ンにより圧電セラミック素子の電極等が摩耗したり、腐
食したりする弊害が回避され、強力な超音波連続波を安
定して発生できる超音波発生振動子を提供する。【解決手段】両面に金属電極層を備えた圧電セラミッ
クス振動子と該振動子を固定保持する枠体及び振動子駆
動用電源とを少なくとも備えた超音波発生装置におい
て、前記圧電セラミックス振動子の超音波放射側の電極
層と前記枠体の超音波放射側表面を、無電解メッキによ
り形成されたＮｉ層で被覆したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波発生装置に
関し、より詳細には、人体内の患部等に超音波を照射し
て治療または診断を行う医療用超音波発生装置、特に、
例えば癌、悪性腫瘍の温熱治療等、患部に強力な超音波
連続波を照射し、その照射局部に生ずる熱によりガン細
胞等を死滅させる治療に好適に使用される、強力な超音
波連続波の照射が可能な超音波発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波発生装置は、種々の分野で広く使
用されているが、医療分野においても、例えば、患者の
体内に存在する結石を超音波衝撃波の振動により破砕す
る結石破砕治療、悪性腫瘍部分へ超音波の連続波を照射
して発熱により患部を局部的に高温にし、悪性腫瘍細胞
を死滅させる温熱治療等に超音波発生装置が用いられて
いる。現在、医療用超音波発生装置での超音波発生手段
としては圧電セラッミック振動子を用いる圧電方式、２
電極間の放電現象を利用する放電方式、電磁誘導による
斥力を利用する電磁誘導方式等があるが、近年において
は、安定した出力が得られ、しかも消耗部品が少なく、
小型化が可能な圧電セラミックス振動子を用いる超音波
発生装置が最も普及している。また、超音波照射の態様
も治療の種類、目的により異なり、例えば前記結石破砕
治療においては、超音波の振動衝撃作用を利用して結石
を破壊するものであるため、この装置の振動子には超音
波パルス波を発生するものが用いられ、パルス波照射が
行われる。

【０００３】一方、温熱治療においては、超音波による
患部の局所発熱昇温作用を利用するものであるため、連
続波が照射され、従って、温熱治療用超音波発生装置に
用いる振動子には強力な連続波の安定的発生が必要とさ
れる。温熱治療用等に使用される超音波発生装置は、例
えば、人体内の腫瘍部分等の患部に超音波連続波を照射
する場合、図６に例示したような基本構成で使用され
る。即ち、超音波発生装置は、その主構成要部として超
音波発生源である圧電セラミックス振動子１を有し、こ
の圧電セラミックス振動子１には、通常その両面に一対
の金属電極１ａ，１ｂ（一般に焼き付け法によるＡｇ電
極）が形成され、それらの各々には高周波電流源３に通
ずるリード線２ａ，２ｂが接続されている。

【０００４】また、圧電セラミックス振動子１の放射面
側は、肉薄のゴム袋４内に充填された人体５の音響イン
ピーダンスとほぼ同一の音響インピーダンスを有する液
体、例えば水６に接触して配置されている。そして、こ
のゴム袋４の底部を人体５の表面に圧接し、振動子の放
射面から発せられる超音波の焦点５ａが人体の患部に一
致するようにセットした状態で、圧電セラミックス振動
子１の共振周波数（または反共振周波数）に一致した駆
動電流を高周波電流源３から数秒乃至数十秒程度供給し
て超音波連続波を放射する。患部は照射された超音波連
続波のエネルギーにより瞬時に８０乃至１００℃程度に
加熱され患部が温熱により治療される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した態様で使用さ
れる温熱治療用超音波発生装置に用いられる振動子に
は、強力な超音波の連続波の安定した発生が要求される
が、この振動子は連続的に駆動されるため高温となり、
前記パルス波発生用振動子とは異なる新たな課題が生じ
る。即ち、圧電セラミックス振動子は、高温になると圧
電特性が低下し、これにより超音波出力が低下するの
で、振動子の温度上昇をできるだけ回避し、該温度を一
定限度内に維持して、超音波連続波を安定的に放射しな
ければならない。ここで、前記ゴム袋４内に充填された
前記水（液体）は、圧電セラミックス素子の発熱による
昇温を冷却して抑制するという役割も果たすため、超音
波発生装置の使用において不可欠な構成である。

【０００６】ところが、超音波連続波が水などの液体中
を伝播すると、いわゆるキャビテーションが発生する、
キャビテーション現象は超音波が水等の液体中を伝播す
ることによって水中に存在する細かい気泡等がぶつかり
合ったり、気泡が一度つぶされて弾けたりすることによ
り生ずる衝撃であって、パルス波の場合は瞬時であるた
めこのキャビテーションによる問題は発生しないが、連
続波ではこれが不可避的に発生する。圧電セラミックス
に電極を付与しただけの状態の振動子を使用した場合、
振動子と接触する水の中に含まれる気泡により、このキ
ャビテーションが発生し、この衝撃により振動子の金属
電極層が摩耗、剥離するという不都合が生ずる。

【０００７】このような電極層の摩耗や剥離を回避する
ため、該電極層の表面に、例えば石英板、樹脂等より成
る絶縁性の整合層を積層し、上記不都合を回避する試み
も既になされている。例えば、特開平８−１４０９７２
号公報には、圧電セラミックス素子の超音波放射面側に
石英板を整合層として接着樹脂により接合した超音波発
生振動子が提案されている。この場合は確かに電極は整
合層により摩耗、剥離から守られるが、整合層が上記の
様に石英板等の絶縁板の場合、整合層を設けたことによ
り、セラミックス素子が直接水と接触できないため、水
による冷却効果が低減されてしまいセラミックス素子が
高温に成るという不都合を生ずる。

【０００８】また、整合層として樹脂層を用いた場合
は、該樹脂層が摩耗したり、圧電セラミックス素子が高
温になるため樹脂が軟化したり、剥離を生じたりして結
果的に超音波出力が低下し、使用に耐えないという不都
合を生じる。また、上記石英板層、樹脂層等の整合層に
替えて、キャビテーションにより浸食されない金属の薄
板を接着することにより上記キャビテーションによる電
極の摩耗等を防ぐことも考えられたが、この場合は冷却
効果に問題はないものの、鉄、鋼、銅等の金属は繰り返
し水と接触する用途に使用される場合においては長時間
使用すると錆、緑青等を発生しがちであり、また、錆の
発生のないステンレス鋼等を含めこれらの金属板は、振
動子が平板型の場合はともかく、凹面形状等の場合は、
該凹面形状の振動子表面に正確に密着するように形状加
工することが非常に困難であり、その実用化には問題が
ある。また、超音波放射側の電極層と金属の薄板を単に
接着剤で貼り合わせただけの構成であったため、金属の
薄板が剥離するという問題もあった。

【０００９】この様な事情から、水による冷却効果が充
分に発揮されて圧電セラミックス素子の高温化が抑制さ
れ、しかもキャビテーションにより生ずる上記弊害が回
避されて強力な超音波連続波を安定して発生できる超音
波発生振動子の出現が強く望まれていた。従って、本発
明の目的は、上述した技術的課題が解消され、強力な超
音波連続波の安定的放射が可能な振動子を備えた超音波
発生装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、両面に
金属電極層を備えた圧電セラミックス振動子と該振動子
を固定保持する枠体及び振動子駆動用電源とを少なくと
も備えた超音波発生装置において、前記圧電セラミック
ス振動子の超音波放射側の電極層と前記枠体の超音波放
射側表面を、無電解メッキにより形成されたＮｉ層で被
覆したことを特徴とする超音波発生装置が提供される。
本発明の超音波発生装置は、その超音波放射側の全面、
即ち超音波発生源である圧電セラミックス振動子とその
枠体の超音波放射側表面が、無電解メッキにより形成さ
れたＮｉ層で被覆されていることが顕著な特徴である。
ここで、前記圧電セラミックス振動子と前記枠体とを接
合する接着剤等の接着部が超音波放射側表面に存在する
場合には、超音波放射側の電極層と枠体の超音波放射側
表面とは、この接着部等も含むものとする。

【００１１】本発明では、超音波発生装置のこの水等に
直接接触する装置部分を該部分の表面に密着した金属Ｎ
ｉ被覆層で被覆することによりキャビテーションによる
摩耗や腐食から保護し、且つ、振動子から発生する熱を
効率よく水側に逃がし振動子の高温化を抑止し、上記従
来装置の問題点を解決して強力な超音波連続波の安定的
放射を達成したものである。

【００１２】本発明においては、上記Ｎｉ層は、装置の
超音波放射側の全面、即ち圧電セラミックス振動子とそ
の枠体の超音波放射側表面に施されるが、該Ｎｉ層が無
電解メッキにより形成されたものであることが構成上、
特に重要である。該Ｎｉ層の形成を他の方法、例えば溶
射、蒸着、スパッター等の方法を用いて行っても、形成
されたＮｉ被膜が緻密性に欠け、ポーラスであったり、
膜厚が充分でなかったり、密着性に欠け、剥離したりし
て、何れも本発明の目的とする効果を充分に達成するこ
とはできない。それだけでなく、蒸着、スパッターは、
セラミックス振動子とその枠体の超音波放射側表面全体
に、例えば１μｍ以上の厚さの均一な被覆層を施すため
には膨大な時間を要する。さらに、枠体や接着剤が樹脂
製のものを用いていた場合には、高温となる溶射（溶射
の場合、溶融状態に近い被覆成分を高速で基材表面に衝
突させるため）により被覆層を形成することはできな
い。

【００１３】この無電解メッキは、電気エネルギーを用
いずに金属相互の化学的置換及び還元作用を応用して、
物質の表面に金属メッキを施す手法で化学メッキとも称
されるものであって、電気メッキに比べても、メッキ被
膜の密着度が高く、しかも複雑な形状の物品にもその表
面に平滑で均一な被膜を厚く形成することが可能である
という特徴を有する。従って、圧電セラミックス振動子
が平板でなく、例えば、皿形、椀形、放物線形状の凹面
形状（以下、パラボラ形状と称する）等の曲面表面形状
のものであっても、容易にその表面に平滑、均一で、し
かも緻密で厚い密着Ｎｉ被膜を形成することができ、こ
の被膜は振動やキャビテーションによっても容易に剥離
しないだけでなく摩耗や腐食にも強い。

【００１４】また、無電解メッキは、金属等の電気的良
導体のみでなく、電気的不良導体、例えばプラスチック
等の表面にもメッキすることができるため、金属表面と
樹脂表面とが混在する物品の表面全体に金属被覆層を形
成することが可能である。

【００１５】また、無電解メッキにより形成されたＮｉ
被覆層の厚さが５μｍ以上であり、且つ前記金属電極層
の厚さと該Ｎｉ被覆層の厚さの合計が２０μｍ以下であ
ること好ましい。前記金属電極層が金属Ｎｉとの密着性
が良好な金属材料から成ることが好ましい。このような
材料として、無電解メッキにより形成されたＣｕ層など
が例示できる。さらに、金属電極層が無電解メッキによ
り形成されたＮｉ層であることがＮｉ被覆層との密着性
の観点から好ましい。この場合には、前記Ｎｉ電極層と
該Ｎｉ被覆層の厚さの合計が５乃至２０μｍであること
が好ましい。このように、圧電セラミックス振動子とそ
の枠体の超音波放射側表面を、無電解メッキにより形成
されたＮｉ層で一体に被覆した本発明の超音波発生装置
は、あたかも、水と接触する装置の超音波放射側表面
を、該表面に完全密着した均一厚さのＮｉ金属箔板で覆
ったのと同様の態様となる。従って、前記キャビテーシ
ョンに対する耐性が充分に得られると共に、Ｎｉ層は熱
の良導体であると同時に薄膜であるため、水による振動
子の冷却も充分に達成できる。

【００１６】また、上記のように本発明にかかる装置
は、圧電セラミックス振動子とその枠体の超音波放射側
表面がＮｉ層で一体に被覆されているため、樹脂等の枠
体と圧電セラミックス素子との接合も充分な密着力を有
するように容易に固定でき、更に、本発明の装置の場
合、圧電セラミックス素子の電極面に直接、Ｎｉ被覆層
を形成するため、従来、金属薄板を接着していた場合の
ように貼り合わせのための接着剤が使用されないため、
前記接着層からの剥離の心配もなく信頼性の高い振動子
となる。

【００１７】尚、本発明の超音波発生装置の使用時にお
ける人体との絶縁性、安全性については、この装置の超
音波放射面全体が一体のＮｉ層により同電位となるた
め、これをグランド電位とすることにより、超音波放射
面に直接接する水を絶縁性のゴム袋内に封入し人体と水
が直接接触しないようにすることにより、確保される。

【００１８】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の実施形態にかかる
超音波発生装置の基本構成を図面に基づき説明する。図
１（ａ）は、本発明の超音波発生装置の一形態に於ける
振動子超音波放射面の対面側（背面側）平面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図をそれぞれ示す。この図
の装置では、圧電セラミックス素子１は図１（ａ），
（ｂ）に示すように、超音波放射面側が凹面状に湾曲し
た円形薄板状に形成されている。この圧電セラミックス
素子１は共振周波数が１乃至２ＭＨｚの厚み振動を有
し、図１（ｂ）に示したように薄板状セラミックスの両
面に一対の電極層１ａ，１ｂが形成され、夫々リード線
２ａ，２ｂにより振動子駆動用電源である高周波電流源
３に接続されている。

【００１９】この圧電セラミックス素子１は超音波放射
面側（凹面側）を外側に向けて、図１（ｂ）に示されて
いるように、円筒状の樹脂製枠体１０の該内側底部に接
着剤１０１により接合固定される。少なくとも、この圧
電セラミックス素子１と接着剤１０１と枠体１０の超音
波放射面側表面は、無電解メッキにより形成されたＮｉ
層１１で被覆されている。より好ましくは図１（ｂ）に
示されているように、枠体外側の側面まで、被覆されて
いると強固に接合できる。従って、本発明の装置の振動
子部分の断面層構成はその背面側から超音波放射面側に
向けて、電極層１ｂ／圧電セラミックス層１／電極層１
ａ／Ｎｉメッキ被覆層１１の順に構成される。

【００２０】次に図２は本発明の超音波発生装置の他の
形態を示した図（図２（ａ）は背面側平面図、図２
（ｂ）はＡ−Ａ線での断面図）であって、この形態の装
置の場合、振動子は、複数に分割された圧電セラミック
ス素子片１ｓ（図２の場合６片に分割）から構成され
る。圧電セラミックス素子１ｓは一枚で大型に形成する
ことが困難であり、また歩留まりも悪くなるため、振動
子の超音波放射面の面積を大きくし、超音波出力の大き
い振動子を製作する必要のある場合等にはこの形態の振
動子が好適である。この図２の振動子の場合、夫々の圧
電セラミックス素子片１ｓは同一の曲率面を有する扇形
板状に形成され、前記同様その両面には各々電極１ｓ
ａ，１ｓｂが形成されている。

【００２１】また、各圧電セラミックス素子片１ｓは、
図２（ｂ）に示す様に、環状枠体１０の外周壁と内周壁
を形成する２個の樹脂製の枠体の外側円筒１０ａ、枠体
の内側円筒１０ｂによって形成された底部に、超音波放
射面側（凹面側）を外側に向けて夫々接着樹脂層１０１
により接合固定される。なお、互いに隣接する各圧電セ
ラミックス素子片１ｓ同志も接着樹脂により接合され
る。従って、この形態の装置の振動子は、複数の素子片
１ｓ（この図の場合６個の素子片）は該枠体１０の環状
底面に超音波放射面側（凹面側）を外側に向けて花弁状
に配設され、全体としてパラボラ状の凹面形状に組立ら
れる。少なくともこの圧電セラミックス素子片１ｓを組
合せ集合体とした振動子と接着剤１０１と枠体１０の超
音波放射面側表面は、無電解メッキにより形成されたＮ
ｉ層１１で被覆されている。従って、この装置の振動子
部分の断面層構成も、その背面側から超音波放射面側に
向けて、電極層１ｓｂ／圧電セラミックス層１／電極層
１ｓａ／Ｎｉメッキ被覆層１１の順に構成される。

【００２２】本発明の超音波発生装置の超音波発生源で
ある圧電セラミックス振動子としては、圧電セラミック
ス素子と該セラミックス素子の両面に形成された電極層
から成り、１乃至２ＭＨｚの超音波連続波の発振が可能
なセラミックス素子が用られる。圧電セラミックス素子
の構成材料としては、例えば、ＰｂＴｉＯ₃ （チタン酸
鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ₃
・ＰｂＺｒＯ₃ ・Ｐｂ（Ｙ_1/2 Ｎｂ_1/2 ）Ｏ₃ 三成分系
セラミックス、Ｐｂ（Ｓｂ_1/2 Ｎｂ_1/2 ）Ｏ₃ ・ＰｂＴ
ｉＯ₃ ・ＰｂＺｒＯ₃ 三成分系セラミックス等の圧電セ
ラミックス材料を挙げることができる。このセラミック
ス素子の両面に形成される電極層に用いる金属材料とし
ては、本発明において、この電極層の上に化学メッキに
より形成するＮｉ層との密着性が良好な金属材料を用い
ることが好ましく、このような金属材料としてＣｕ、Ｎ
ｉ乃至その導電性合金等を例示することができる。

【００２３】本発明においては、電極形成用金属材料と
して、電極層上に被覆するＮｉ層と同じＮｉを用いるこ
とが、両層の密着性の観点から特に好ましい。また同様
に、電極形成用金属材料として、電解メッキによりＣｕ
層を形成することが、無電解メッキによりＣｕ層上にＮ
ｉ層を形成する組み合わせが密着性に優れているため、
好ましい。該電極層は圧電セラミックス素子の両表面上
に、化学メッキの手段を用いて通常３乃至５μｍ程度の
厚さに形成される。

【００２４】本発明の超音波発生装置において、圧電セ
ラミックス振動子は一体に形成された一枚の圧電セラミ
ックス板の両面に電極層を形成した、例えば図１に示し
た様な振動子を用いても良く、また図２に示したよう
に、複数の圧電セラミックス素子片を組み合わせ集合し
て構成されていても良い。前記圧電セラミックス振動子
は、通常、その超音波放射面は一体型振動子の場合、凹
状の皿形、椀形、パラボラ形等の形状に形成され、素子
集合型振動子の場合、面中央部に円形開口を有する凹状
皿形、椀形、パラボラ形等の形状に形成され、夫々の振
動子形状に対応した枠体に固定される。

【００２５】即ち、圧電セラミックス振動子が一体構成
の場合には、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示されている
ような筒状形状の枠体の底部内側に接着樹脂等により接
着固定され、組合せ構成の場合は、図２（ａ）（ｂ）に
示されるように外側円筒と内側円筒より成る枠体の底部
に例えば図３の折り返し方式、図４のはめ込み方式に例
示したような形態で固定される。ここで、図３に示され
た折り返し方式について説明すると、環状形状の枠体１
０の底部内側に突出する爪部１０ｃが形成され、圧電セ
ラミックス素子１ｓは前記爪部１０ｃに載置され、接着
剤１０１により固定されるように構成されている。ま
た、図４に示されたはめ込み方式は環状形状の枠体の底
部内側に溝部１０ｄが形成され、圧電セラミックス素子
１ｓは前記溝部１０ｄにはめ込まれ、接着剤１０１によ
り固定されるように構成されている。

【００２６】本発明では、圧電セラミックス振動子の超
音波放射側電極層と枠体の超音波放射側の表面をＮｉ層
で一体に被覆することから、例えば図４に示すような該
電極面と枠体底部面を同一高さに揃えることが好まし
い。また枠体構成材料としては、使用時の振動子の発熱
に耐えうる耐熱性と強度を有する加工可能な絶縁性材料
であれば特に限定されるものではないが、使用温度にお
いて充分な耐熱強度を有し、成型加工性に優れれている
点で、例えば、ポリカーボネート樹脂、ガラスエポキシ
樹脂等の耐熱性樹脂が好適に用いられる。圧電セラミッ
クス素子１と枠体１０との接着に使用される接着剤とし
ては、セラミックス素子の使用温度範囲で軟化しない耐
熱性の樹脂接着剤を使用することが好ましく、好適に使
用される接着剤としては、硬化後の軟化点が１００℃以
上、ショア硬度が７０以上のエポキシ系樹脂接着剤、フ
ェノール樹脂系接着剤等を挙げることができる。

【００２７】本発明においては、この圧電セラミックス
振動子１、１ｓの超音波放射側の電極層１ａ、１ｂ、１
ｓａ、１ｓｂと枠体１０の超音波放射側表面、即ち装置
使用時に伝達媒体である水と接触する部分の表面に金属
Ｎｉ層を無電解メッキにより被覆形成する。該Ｎｉ層の
厚さは、耐キャビテーション性能の点から５μｍ以上の
厚さに形成することが好ましく、８μｍ以上とすること
がより好ましい。但し、前記圧電セラミックス素子の電
極として無電解メッキ（化学メッキ）によるＮｉ層電極
を用いた場合は、該電極層とその上に被覆されるＮｉ層
の合計厚さが５μｍ以上、好ましくは８μｍ以上であ
る。

【００２８】また、電極層とＮｉ被覆層との厚さの合計
が２０μｍを越えないことが好ましい。この合計厚さが
２０μｍを越えると、該Ｎｉ被覆層を付与した振動子の
共振点・反共振点近傍のインピーダンス特性とＮｉ被覆
層を付与する前の特性との変化が大きくなり好ましくな
い。具体的には、この合計厚さが２０μｍを越えると、
Ｎｉ被覆層の付与前後での共振インピーダンス値・反共
振インピーダンス値の変化が大きくなると共に、共振
点、反共振点の周波数がずれるため、超音波出力の低下
を招き好ましくない。即ち、共振点・反共振点近傍のイ
ンピーダンス特性はＮｉ被覆層の付与前後で可能な限り
変化させない方が超音波放射効率上得策であるからであ
る。

【００２９】本発明では、圧電セラミックス振動子の超
音波放射側の電極層と枠体の超音波放射側表面とを一体
のＮｉ被覆層で覆うため、従来装置の振動子のように整
合層や金属薄板が付与されていなくても、枠体と素子と
を充分強固に接合固定することができる。また、圧電セ
ラミックス振動子が、複数の圧電セラミックス素子の集
合体より成る振動子の場合には、該素子同志を強固に固
定できると共に各素子の超音波放射面側電極が一体のＮ
ｉ層により互いに電気的に導通しているため、従来装置
の振動子ようにこれらの電極をリード線で連結しなくて
も、その電位は常に同一に保持される。

【００３０】本発明の上記Ｎｉ層の無電解メッキによる
形成方法は、それ自体公知の方法が使用され、例えば、
燐酸ニッケル、硼酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッ
ケル等のニッケル塩またはこれらの塩の混合物、次亜燐
酸ナトリウム、無水亜燐酸ナトリウム、ホルマリン、ヒ
ドロキノン、ヒドラジンなどの還元剤、塩化アンモニウ
ム（弱酸性）乃至酢酸ナトリウム（弱アルカリ性）等の
緩衝剤を配合したＰＨ４乃至６の微酸性、またはＰＨ８
乃至１０の弱アルカリ性の水溶液を浴液として用い、８
０乃至１００℃で、数十分間、振動子の目的とする被メ
ッキ部分を浴中に浸漬してメッキする。Ｎｉ被覆層の厚
さはメッキ浴温と浸漬時間を適宜調節することにより所
望厚さとする。この無電解メッキ処理に際し、前処理と
して、圧電セラミックス素子にメッキする場合は表面を
酸洗浄するか、或いはヤスリ等で表面を粗にし、電極層
や枠体にメッキする場合は電極層や枠体や接着部の接着
剤表面をヤスリ等で荒らして密着性を高めることが好ま
しい。また、目的とする被メッキ部分の表面にＮｉメッ
キ時の核となるパラジウムイオン等のメッキ核形成物質
を付着させておくことがより好ましい。

【００３１】また金属電極層としてＣｕ層を無電解メッ
キにより形成する方法は、硫酸銅、シアン化銅、塩化第
二銅等の銅塩に、ホルマリン等の還元剤及び酢酸ナトリ
ウム等の緩衝剤を添加した弱アルカリ性水溶液を浴液と
して用い、８０乃至１００℃でメッキする。また、この
無電解メッキ処理に際し、前処理として、表面を酸洗浄
やヤスリ等で荒らして密着性を高めることが好ましい。

【００３２】本発明の超音波発生装置を使用して人体内
の患部に超音波を照射するには、図５に示す様な基本構
成で、本発明の超音波発生振動子のＮｉ被覆層面１１を
直接超音波伝達媒体である水に接触させると共に振動子
１の放射面から発せられる超音波の焦点が人体の患部５
ａに一致するようにセットした状態とする。そして圧電
セラミックス振動子１の共振周波数（または反共振周波
数）に一致した駆動電流を高周波電流源３から数秒乃至
数十秒程度供給して圧電セラミックス素子１から超音波
連続波を患部５ａに向けて放射する。患部は照射された
超音波連続波のエネルギーにより瞬時に８０乃至１００
℃程度に加熱され患部５ａが温熱により治療される。

【００３３】

【実施例】酸洗浄した扇形曲面形状のセラミックス素子
片をパラジウム塩水溶液に浸漬し、素子片表面にＮｉメ
ッキの際に核となるＰｄイオンを付着させた。このＰｄ
イオン付着素子片をニッケル燐とニッケル硼素の混合液
中に浸漬し、８０℃で処理して素子片の両面に厚さ３μ
ｍのＮｉ電極膜を形成させ、厚み振動の共振周波数が
１．５ＭＨｚの圧電セラミックス素子片を６枚作製し
た。これを、図４において符号１０で示したポリカーボ
ネート製枠体の底部に素子片の超音波放射面側が外側底
面となるようにエポキシ樹脂接着剤を用いて接着固定し
た後、＃１０００の紙ヤスリで接着部や枠体外部側の底
部表面を荒らし、再び、Ｐｄイオン付着処理した後、ニ
ッケル燐とニッケル硼素の混合液中に浸漬し、８０℃で
メッキ処理して枠体の外側底部表面と素子片集合振動子
の超音波放射側全面に厚さ５μｍのＮｉ被覆層を一体に
形成させ、外周縁径２００ｍｍ、内周縁径８０ｍｍ、曲
率半径２３０ｍｍの環状パラボラ型枠体付振動子を作製
した。この枠体付振動子をリード線で高周波電流源に接
続して超音波発生装置とした（実施例１）。

【００３４】また、Ｎｉ被覆層を設けず、各素子をリー
ド線でつなぐ以外は、実施例１と同様に構成したものを
比較例１とし、これら装置を用いてインピーダンス特性
を測定し、共振点・反共振点近傍に於ける共振インピー
ダンス特性を評価した。その結果、実施例１の共振・反
共振インピーダンス特性と比較例１の共振・反共振イン
ピーダンス特性とは、ほぼ同じ特性を示すことが判明し
た。

【００３５】次いで、上記装置を下記条件で駆動させ
て、該装置の振動子の耐キャビテーション特性を評価し
た。気泡分が比較的多く含まれる水道粋の入った水槽
に、上記装置の超音波放射面が水と接触するように配置
した。上記超音波発生装置に、高周波電流源３から１．
５ＭＨｚの高周波電力を２０Ｗ／ｃｍ² の割合で、５０
秒間印加して駆動させた後、５０秒間停止し、再び、５
０秒間駆動させるサイクルで連続駆動させた。この時、
水温が常温一定値となるよう循環させて試験を行った。
その結果、上記装置の駆動時において、圧電セラミック
ス振動子の温度は６０℃以下であり、水による冷却効果
が充分に得られていることが確認できた。また、駆動時
間の合計が２０００時間を越えても、Ｎｉ被覆層に異常
は見られなかった。また、被照射体との絶縁性について
も、本発明の振動子では、その超音波放射面側電極が一
体にＮｉ被覆層により被覆されているため、同電位に保
たれており、これをグランド電位とすることで、充分に
被照体との絶縁性が確保できることが確認できた。

【００３６】「実施例２乃至実施例７」圧電セラミック
ス素子として、直径２００ｍｍ、曲率半径２３０ｍｍの
パラボラ形板状のセラミックス６枚を用意し、これら６
枚のセラミックスの各々の凹凸両面を、実施例１と同様
に処理して両面に夫々表１に記載された厚さのＮｉ電極
膜を形成した。この時、各圧電セラミックス素子のイン
ピーダンス特性を測定しておいた。そして、これらの圧
電セラミックス素子を各々円筒状ポリカーボネート製枠
体の内部側底部に素子の超音波放射面側（凹面側）が外
側底面となるようにエポキシ樹脂接着剤を用いて接着固
定して、枠体付圧電セラミックス素子とし、これらの枠
体の外側底部表面と圧電セラミックス素子の超音波放射
側全面に、実施例１と同様の無電解メッキ処理を施して
Ｎｉ被覆層を形成させ、厚み振動の共振周波数が１．５
ＭＨｚであるパラボラ形枠体付振動子を６個作製した。
尚、各振動子のＮｉ被覆層は夫々表１に示した厚さに成
るように浸漬時間を調整して形成した（実施例２乃至実
施例７）。この振動子をリード線で高周波電流源に接続
して超音波発生装置とし、実施例１と同様にして共振・
反共振インピーダンス特性及び耐キャビテーション特性
を評価した。結果を表１に示す。

【００３７】前記実施例２乃至７で用いたのと同じ圧電
セラミックス素子を４枚用意し、これら４枚のセラミッ
クスの両面に厚さ３μｍのＣｕ電極を無電解メッキ処理
により形成した。この時、各圧電セラミックス素子のイ
ンピーダンス特性を測定しておいた。そして、これらの
圧電セラミックス素子を各々枠体に接着固定して、前記
実施例２乃至７と同様にして無電解メッキ処理によりＮ
ｉ被覆層を形成し、この振動子を高周波電流源に接続し
て超音波発生装置とし、前記実施例と同様にして共振・
反共振インピーダンス特性及び耐キャビテーション特性
を評価した。なお、各振動子のＮｉ被覆層はそれぞれ表
１に示した厚さになるように浸漬時間を調整して形成し
た（実施例８乃至実施例１１）。結果を表１に示す。

【００３８】「実施例１２」比較例１と同様に３μｍの
Ａｇ電極を形成した圧電セラミックス素子を枠体に接着
固定し、前記実施例と同様にして無電解メッキ処理によ
り厚さ５μｍのＮｉ被覆層を形成し、この振動子を高周
波電流源に接続して超音波発生装置とし、前記実施例と
同様にしてその耐キャビテーション特性を評価した。結
果を表１に示す。

【００３９】「比較例２」前記実施例２乃至１２で用い
たのと同じ圧電セラミックス素子の両面にＡｇペースト
を塗布し、焼付け法により厚さ３μｍのＡｇ電極を形成
し、これを枠体に接着固定して、Ｎｉ被覆層が設けられ
ていない従来の圧電セラミックス振動子を作製し、前記
実施例と同様にしてその耐キャビテーション特性を評価
した。結果を表１に示す。なお、表１における耐キャビ
テーション時間は、キャビテーションによりＮｉ層や電
極が摩耗、剥離して、圧電セラミックス素子表面の一部
が表出するまでに要した時間を示している。

【００４０】

【表１】

【００４１】上記表１から明らかなように、Ｎｉ被覆層
が形成されていない比較例２は耐キャビテーション時間
が各実施例のものに比べて極端に短い。また、実施例
２，３に示すように、Ｎｉ電極層とＮｉ被覆層の厚さの
合計が５μｍ未満の場合には、５μｍ以上のもの（実施
例４〜７）に比べて耐キャビテーション時間が短い。し
たがって、Ｎｉ電極層とＮｉ被覆層の厚さの合計は５μ
ｍ以上であることが好ましい。

【００４２】また、実施例８に示すように、Ｎｉ被覆層
の厚さが５μｍ未満の場合には、５μｍ以上のもの（実
施例９乃至１１）に比べて耐キャビテーション時間が短
い。従って、被覆層の厚さは５μｍ以上であることが好
ましい。

【００４３】また、実施例２〜５、及び実施例８、９の
共振・反共振インピーダンス特性はＮｉ被覆層の付与前
後でほとんど変化しなかった。実施例６、実施例１０は
共振インピーダンス値・反共振インピーダンス値、及び
共振点・反共振点の周波数が共に、Ｎｉ被覆層付与前と
比べて付与後は１０％程度変化したが、超音波出力に低
下は見られなかった。しかし、電極層とＮｉ被覆層の厚
さの合計が２０μｍを越えた実施例７、１１は、共振イ
ンピーダンス値・反共振インピーダンス値及び、共振点
・反共振点の周波数が共に、Ｎｉ被覆層付与前と比べて
付与後は３０％程度変化し、超音波出力が低下した。従
って、超音波放射効率の観点からは、電極層と被覆層の
厚さの合計は２０μｍ以下であることが好ましい。

【００４４】実施例１２は、Ａｇ電極上にＮｉ被覆層を
形成する無電解メッキ処理の際に、セラミック素子とＡ
ｇ電極の密着性が低下するため、キャビテーションの衝
撃によりＡｇ電極がＮｉ被覆層ごとセラミック素子から
剥離してしまい、同じ５μｍのＮｉ被覆層を付与した実
施例５、実施例９に比べて耐キャビテーション時間が短
い。従って、電極層の材質としては無電解メッキによる
Ｎｉ電極層又はＣｕ電極層が好ましい。また、実施例２
〜１２の振動子の温度は６０℃以下であり、水による冷
却効果が充分に得られていることも確認できた。

【００４５】

【発明の効果】本発明の超音波発生装置は、上述した構
成により、超音波発生源である圧電セラミックス素子の
水等の伝達媒体液による冷却効果が十分に発揮されるた
め圧電セラミックス素子の高温化が防止され、しかもキ
ャビテ−ションにより生ずる素子電極層の摩耗、腐食等
の弊害が回避され、強力な超音波連続波を安定して発生
できる。また、従来の金属薄板を接着した振動子を用い
た装置に比べ、Ｎｉ金属被覆層形成が無電解メッキによ
るため、凹面形状の振動子でも形状密着性の極めて良好
な被覆層を形成できる。また、枠体と振動子とを強固に
接合固定でき、特に、強力で安定した超音波連続波の照
射が必要な腫瘍等の温熱治療用超音波発生装置として好
適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の超音波発生装置の一例を示す
図であって、（ａ）はその平面図（背面側図）、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図２】図２は、本発明の超音波発生装置の他の一例を
示す図であって、（ａ）は平面図（背面側図）、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図３は、本発明の圧電セラミックス素子と枠体
との接合部分の一例を示す説明図である。

【図４】図４は、本発明の圧電セラミックス素子と枠体
との接合部分の他の例を示す説明図である。

【図５】図５は、本発明の超音波発生装置の使用時にお
ける基本構成を示す図。

【図６】図６は、従来品の超音波発生装置の使用時にお
ける基本構成を示す図。

【符号の説明】

１圧電セラミックス素子（振動子）１ａ電極（電極層）１ｂ電極（電極層）１ｓ（扇形）圧電セラミックス素子片（振動
子）１ｓａ電極（電極層）１ｓｂ電極（電極層）２ａリ−ド線２ｂリ−ド線３高周波電源４ゴム袋５人体５ａ焦点６水１０枠体１０ａ枠体の外側円筒１０ｂ枠体の内側円筒１０１接着樹脂層（接着剤）１１Ｎｉ被覆層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面に金属電極層を備えた圧電セラミッ
クス振動子と該振動子を固定保持する枠体及び振動子駆
動用電源とを少なくとも備えた超音波発生装置におい
て、前記圧電セラミックス振動子の超音波放射側の電極層と
前記枠体の超音波放射側表面を、無電解メッキにより形
成されたＮｉ層で被覆したことを特徴とする超音波発生
装置。
【請求項２】前記無電解メッキにより形成されたＮｉ
被覆層の厚さが５μｍ以上であり、且つ前記金属電極層
の厚さと該Ｎｉ被覆層の厚さの合計が２０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載された超音波発生装
置。
【請求項３】前記金属電極層が金属Ｎｉとの密着性が
良好な金属材料から成ることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載された超音波発生装置。
【請求項４】前記金属電極層が無電解メッキにより形
成されたＣｕ層から成ることを特徴とする請求項３に記
載された超音波発生装置。
【請求項５】前記金属電極層が無電解メッキにより形
成されたＮｉ層から成ることを特徴とする請求項１に記
載された超音波発生装置。
【請求項６】前記金属電極層が無電解メッキにより形
成されたＮｉ層から成り、該電極層の厚さと前記Ｎｉ被
覆層の厚さの合計が５乃至２０μｍの範囲にあることを
特徴とする請求項５に記載された超音波発生装置。
【請求項７】前記圧電セラミックス振動子と前記振動
子保持用枠体とがエポキシ樹脂接着剤により接合されて
固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６
のいずれかに記載された超音波発生装置。
【請求項８】前記圧電セラミックス振動子の超音波放
射面が放物線形状の凹面形状に形成されていることを特
徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された
超音波発生装置。
【請求項９】前記圧電セラミックス振動子が、複数の
圧電セラミックス振動素子片の組み合わせ集合体から成
ることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに
記載された超音波発生装置。