WO2015001822A1 - 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

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 Download PDF

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WO2015001822A1
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laminated
case
vibrator
main body
ultrasonic vibration
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長英 坂井
光 神保
伊藤　寛
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オリンパス株式会社
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00589—Coagulation

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic vibration device that excites ultrasonic vibration, a method of manufacturing the ultrasonic vibration device, and an ultrasonic medical apparatus including the ultrasonic vibration device.
  • Some ultrasonic treatment tools that perform coagulation / incision treatment of living tissue using ultrasonic vibration include a Langevin type vibrator built in the handpiece as an ultrasonic vibration source.
  • Such a Langevin type vibrator is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • a technique is proposed in which a plurality of piezoelectric elements are stacked and housed in a vibration block to prevent a short circuit due to contamination of the piezoelectric elements.
  • the shape of the piezoelectric element disclosed in Patent Document 1 is processed into a disk shape. For this reason, when the piezoelectric element is cut out from the piezoelectric material wafer into a disk shape, there is a drawback that the number to be obtained is reduced. Therefore, it is preferable that the piezoelectric elements are cut into a rectangular shape so that a large number can be obtained.
  • Patent Document 1 positions the piezoelectric elements by laminating a plurality of piezoelectric elements in the vibration block.
  • the accuracy and the stacking accuracy are determined only by the electrode pieces that are in contact with the stacked piezoelectric elements. For this reason, it is very difficult to accurately position the plurality of piezoelectric elements, and there is a possibility that the side surface of the vibrating body comes into contact with the inner wall of the vibration block by fastening in assembly.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to improve productivity and to enable accurate positioning and stacking without interfering with the case member, and output by vibration damping. It is intended to provide an ultrasonic vibration device, a method for manufacturing an ultrasonic vibration device, and an ultrasonic medical device that prevent problems such as a decrease, generation of wear powder, and short circuit failure.
  • An ultrasonic vibration device includes a laminated vibrator in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of electrode plates are laminated, and an outer shape having a polygonal column shape, and disposed at both ends of the laminated vibrator.
  • a pressure member to be fixed, and the laminated vibrator and the insulating member are held in the polygonal column shape in the case body, and the laminated vibrator is not in contact with an inner wall of the case body and is insulated.
  • a plurality of positioning member insertion portions for inserting a positioning member for positioning at a position where one end of the member contacts the pressure member.
  • the manufacturing method of the ultrasonic vibration device includes a laminated vibrator in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of electrode plates are laminated, and an outer shape having a polygonal column shape, and both ends of the laminated vibrator.
  • a pressure member that pressurizes and fixes the laminated vibrator and the insulating member in the polygonal column shape in the case body, and the laminated vibrator is not in contact with the inner wall of the case body
  • a plurality of positioning member insertion portions for inserting positioning members for positioning one end of the insulating member at a position in contact with the pressure member, the method for manufacturing an ultrasonic vibration device,
  • the laminated vibrator having edge members disposed at both ends is accommodated in a position not in contact with the inner wall of the case body, and a V-shaped groove is formed at the tip of the plurality of positioning member insertion portions of the case body.
  • a plurality of positioning members are inserted, the V-shaped grooves of the positioning members are applied to diagonal corners of the laminated body composed of the insulating member and the laminated vibrator, and the laminated body is placed in the case body.
  • the pressure member is screwed and fastened to the case body, and the laminate is pressurized and fixed by the pressure member and the bottom of the case body,
  • the plurality of positioning members are retracted from the positioning member insertion portion and removed.
  • an ultrasonic medical device includes a laminated vibrator in which a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of electrode plates are laminated, and an outer shape having a polygonal column shape, and disposed at both ends of the laminated vibrator.
  • An insulating member, a case main body that accommodates the piezoelectric vibrator and the insulating member, and screwed into the opening of the case main body and fastened, and the laminated vibrator and the insulating member are added inside the case main body.
  • An ultrasonic vibration device comprising: a plurality of positioning member insertion portions for inserting a positioning member for positioning one end of the insulating member at a position in contact with the pressure member; and an ultrasonic wave generated by the ultrasonic vibration device Wave oscillation is anda probe tip of treating a transmitted living tissue.
  • productivity can be improved and positioning and lamination can be performed accurately without interfering with the case member, thereby preventing problems such as a decrease in output due to vibration damping, generation of wear powder, and short circuit failure.
  • the ultrasonic vibration device, the method for manufacturing the ultrasonic vibration device, and the ultrasonic medical apparatus can be provided.
  • Sectional drawing which shows the whole structure of the ultrasonic medical device which concerns on the 1st Embodiment of this invention
  • the perspective view showing the configuration of the vibrator unit The exploded perspective view which shows the structure of the laminated body which consists of an insulating member, a rectangular piezoelectric material, and an electrode plate similarly
  • the exploded perspective view showing the configuration of the vibrator unit The exploded perspective view showing the assembled state of the ultrasonic transducer Sectional view showing the assembled state of the ultrasonic transducer
  • the perspective view which shows the structure of the case main body of a modification same as the above
  • Sectional drawing which shows the assembly state of the ultrasonic transducer
  • the perspective view which shows the structure of the case main body which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • maintained by the positioning member similarly Sectional view showing the assembled state of the ultrasonic transducer
  • the exploded perspective view which shows the assembly state of the ultrasonic transducer
  • the exploded perspective view which shows the assembly state of the ultrasonic transducer
  • the fragmentary sectional view of the state which pressed the laminated body which consists of an insulating member, a rectangular piezoelectric material, and an electrode plate with a positioning member within a case member, and was pressurized with the cover body based on
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which a laminated body including an insulating member, a rectangular piezoelectric body, and an electrode plate is positioned by a positioning member in the case member and pressed by a lid according to the first embodiment.
  • a partial cross-sectional view showing a state in which a laminated body in which a negative tendency tolerance has occurred in the insulating member, the rectangular piezoelectric body, and the electrode plate is positioned by the positioning member in the case member and pressed by the lid body.
  • the perspective view which shows the structure of the cover body which concerns on a 2nd aspect similarly.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state in which a laminated body including an insulating member, a rectangular piezoelectric body, and an electrode plate is positioned by a positioning member in the case member and pressed by a lid according to the second embodiment.
  • the perspective view which shows the structure of the cover body which concerns on a 3rd aspect same as the above.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which a laminated body including an insulating member, a rectangular piezoelectric body, and an electrode plate is positioned by a positioning member in the case member and pressed by a lid according to the third embodiment.
  • the exploded perspective view which shows the structure of the ultrasonic transducer
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a state in which a laminated body including an insulating member, a rectangular piezoelectric body, and an electrode plate is positioned by a positioning member in the case member and pressed by a lid body according to the fourth embodiment.
  • FIG. 28 is a sectional view of the ultrasonic transducer along the line XXIX-XXIX in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the ultrasonic medical device
  • FIG. 2 is a diagram showing the overall schematic configuration of the transducer unit
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the transducer unit
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a configuration of a laminated body composed of a member, a rectangular piezoelectric body and an electrode plate
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a configuration of a vibrator unit
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing an assembled state of an ultrasonic vibrator.
  • 7 is a cross-sectional view showing an assembled state of the ultrasonic transducer
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the ultrasonic medical device
  • FIG. 2 is a diagram showing the overall schematic configuration of the transducer unit
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the transducer unit
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a configuration of a laminated body composed of
  • FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a case body according to a modified example
  • FIG. 9 is a case body according to a modified example different from FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an assembled state of the ultrasonic transducer of the modified example of FIGS. 8 and 9.
  • An ultrasonic medical device 1 shown in FIG. 1 mainly treats an affected part using a vibrator unit 3 having an ultrasonic vibrator 2 as an ultrasonic device that generates ultrasonic vibration, and the ultrasonic vibration.
  • a handle unit 4 is provided.
  • the handle unit 4 includes an operation unit 5, an insertion sheath unit 8 including a long mantle tube 7, and a distal treatment unit 30.
  • the proximal end portion of the insertion sheath portion 8 is attached to the operation portion 5 so as to be rotatable about the axis.
  • the distal treatment section 30 is provided at the distal end of the insertion sheath section 8.
  • the operation unit 5 of the handle unit 4 includes an operation unit main body 9, a fixed handle 10, a movable handle 11, and a rotary knob 12.
  • the operation unit body 9 is formed integrally with the fixed handle 10.
  • a slit 13 through which the movable handle 11 is inserted is formed on the back side of the connecting portion between the operation unit main body 9 and the fixed handle 10.
  • the upper part of the movable handle 11 extends into the operation unit main body 9 through the slit 13.
  • a handle stopper 14 is fixed to the lower end of the slit 13.
  • the movable handle 11 is rotatably attached to the operation unit main body 9 via a handle support shaft 15.
  • the movable handle 11 is opened and closed with respect to the fixed handle 10 as the movable handle 11 rotates about the handle support shaft 15.
  • a substantially U-shaped connecting arm 16 is provided at the upper end of the movable handle 11.
  • the insertion sheath portion 8 includes a mantle tube 7 and an operation pipe 19 that is inserted into the mantle tube 7 so as to be movable in the axial direction.
  • a large diameter portion 18 having a diameter larger than that of the distal end portion is formed at the proximal end portion of the outer tube 7.
  • the rotary knob 12 is mounted around the large diameter portion 18.
  • a ring-shaped slider 20 is provided on the outer peripheral surface of the operation pipe 19 so as to be movable along the axial direction.
  • a fixing ring 22 is disposed behind the slider 20 via a coil spring (elastic member) 21.
  • the proximal end portion of the grip portion 23 is connected to the distal end portion of the operation pipe 19 via an action pin so as to be rotatable.
  • This gripping part 23 constitutes a treatment part of the ultrasonic medical device 1 together with the distal end part 31 of the probe 6.
  • the vibrator unit 3 As shown in FIG. 2, the transducer unit 3 integrally assembles an ultrasonic transducer 2 and a probe 6 that is a rod-shaped vibration transmission member that transmits ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer 2. It is a thing.
  • the ultrasonic vibrator 2 is provided with a horn 32 that amplifies the amplitude.
  • the horn 32 is made of duralumin or a titanium alloy such as 64Ti.
  • the horn 32 is formed in a conical shape whose outer diameter becomes narrower toward the distal end side, and an outward flange 33 for fixing to the operation section main body 9 (see FIG. 1) is formed in the middle outer periphery.
  • a proximal cylindrical portion 38 is provided behind the outward flange 33.
  • the probe 6 has a probe body 34 formed of a titanium alloy such as 64Ti. On the proximal end side of the probe main body 34, the ultrasonic transducer 2 connected to the horn 32 is disposed. In this way, the transducer unit 3 in which the probe 6 and the ultrasonic transducer 2 are integrated is formed.
  • the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 2 is amplified by the horn 32 and then transmitted to the tip 31 side of the probe 6.
  • the distal end portion 31 of the probe 6 is formed with a later-described treatment portion for treating living tissue.
  • two rubber linings 35 that are formed in a ring shape with elastic members are attached at several positions of vibration node positions in the middle of the axial direction. These rubber linings 35 prevent contact between the outer peripheral surface of the probe main body 34 and an operation pipe 19 described later.
  • the probe 6 as a transducer-integrated probe is inserted into the operation pipe 19.
  • the rubber lining 35 prevents contact between the outer peripheral surface of the probe main body 34 and the operation pipe 19.
  • the ultrasonic transducer 2 is electrically connected via an electric cable 36 to a power supply main body (not shown) that supplies a current for generating ultrasonic vibration.
  • the ultrasonic transducer 2 is driven by supplying power from the power supply device body of the external device to the ultrasonic transducer 2 through the wiring in the electric cable 36.
  • the ultrasonic vibrator 2 As the laminated ultrasonic vibration device of the present invention will be described below.
  • the ultrasonic transducer 2 of the transducer unit 3 is laminated in a rectangular shape (square prism shape) in a case member 50 connected to the proximal cylindrical portion 38 behind the horn 32.
  • the laminated vibrator 41 is incorporated.
  • the laminated vibrator 41 is formed by laminating rectangular piezoelectric bodies 61 formed in a polygonal shape, in this case, a rectangular shape.
  • This laminated vibrator 41 is provided with insulating members 42 and 43 formed in a polygonal shape, in this case, a rectangular shape from ceramics or the like on both ends, and the two insulating members 42 and 43 move back and forth (up and down on the paper surface, In the following description, there are cases where the top and bottom of the paper are also referred to as front and back).
  • the rectangular piezoelectric body 61 of the present embodiment includes a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT, Pb (Zrx, Ti 1-x ) O 3) or a piezoelectric single crystal lithium niobate single crystal (LiNbO 3).
  • PZT lead zirconate titanate
  • Pb Zrx, Ti 1-x ) O 3
  • LiNbO 3 piezoelectric single crystal lithium niobate single crystal
  • PZT lead titanate zirconate
  • Piezoelectric single crystal lithium niobate single crystal (LiNbO3) is one of the lead-free piezoelectric materials with high mechanical Q value suitable for high power use ultrasonic vibrators, and does not use lead, Suitable for environment.
  • the laminated vibrator 41 includes a positive electrode side electrode plate 62 which is a positive electrode layer formed from a metal such as copper between the insulating member 42, the eight rectangular piezoelectric bodies 61 and the insulating member 43 in a polygonal shape, here a rectangular shape. And the negative electric side electrode plate 63 used as a negative electrode layer is interposed alternately.
  • the laminated vibrator 41 is laminated so that four corners and four sides of the insulating members 42 and 43, the eight rectangular piezoelectric bodies 61, and the electrode plates 62 and 63 coincide with each other. Is formed into a substantially quadrangular prism shape. That is, the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric bodies 61, and the electrode plates 62 and 63 have a rectangular shape having substantially the same front and back surfaces.
  • the insulating members 42 and 43, the respective rectangular piezoelectric bodies 61, and the respective electrode plates 62 and 63 are not limited to a rectangular surface shape, but are configured as polygons and laminated in a polygonal column shape as a whole. Also good. That is, the insulating plates 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 may be polygons each having a shape having at least two common corners.
  • lead-out portions 62a and 63a as electrodes extend from the approximate center of one side of each. These lead-out portions 62a and 63a are stacked so as to extend in different directions in which the positive and negative electric sides are separated from each other, and the positive and negative electric wires in the electric cable 36 shown in FIGS. And electrically connected.
  • the case member 50 includes a substantially cylindrical lid body 51 as a pressurizing member, and a bottomed cylindrical case body 52 to which the lid body 51 is screwed into one end opening and fastened. It is configured.
  • the lid 51 and the case main body 52 are made of duralumin or a titanium alloy such as 64Ti.
  • the lid 51 has a flat part 51a for a jig for fastening to the case body 52 formed at a position symmetrical to the center point of the outer peripheral part. Further, the lid 51 is formed with a female screw hole 51b into which a male screw 38a extending from the proximal cylindrical portion 38 of the horn 32 is screwed at the center of one end, and to the case main body 52 at the other end. It has a male screw part 51c for screwing.
  • the case body 52 is formed with a female screw portion 52a into which the male screw portion 51c of the lid 51 is screwed in the opening portion, and has two wiring lead-out portions 53 and two positioning member insertion portions 54 as openings on the outer peripheral portion.
  • the wiring lead-out portion 53 and the positioning member insertion portion 54 are slits formed in the longitudinal axis direction of the case main body 52, and a total of four are formed in the side peripheral portion of the case main body 52.
  • Each of the wiring lead-out portion 53 and the positioning member insertion portion 54 is formed at a point-symmetrical position around the central axis of the case main body 52.
  • the lid body 51 is screwed and fastened to the case body 52.
  • a horn 32 is screwed to the lid 51 and fastened to the ultrasonic transducer 2.
  • the lid body 51 of the case member 50 that houses the laminated transducer 41 constitutes a front mass
  • the bottom portion 55 of the case main body 52 constitutes a back mass.
  • the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 are stacked and accommodated inside the case main body 52.
  • the rectangular piezoelectric body 61 and the electrode plates 62 and 63 are accommodated in positions that do not contact the inner wall (side wall) of the case body 52.
  • the insulating members 42 and 43 are in contact with the laminated vibrator 41, and the non-contact state is maintained on the side wall of the case body 52, and only the insulating members 42 and 43 are in contact with the bottom 55 of the case body 52 and the lid body. It will be in the state which contacts 51. And the surface where the insulating members 42 and 43 contact is only the surface in the stacking direction (vibration direction of the stacked vibrator 41).
  • the lead-out portions 62 a and 63 a of the electrode plates 62 and 63 are arranged so as to be led out from the wiring lead-out portion 53 formed in the case main body 52.
  • two positioning members 100 having a T-shaped cross section with a V-shaped groove 101 formed at the tip are inserted into the positioning member insertion portion 54 formed in the case main body 52.
  • the V-shaped groove of the positioning member 100 is formed at the corners that are separated from each other on the diagonal line of the laminate in which the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 are laminated.
  • 101 is applied and positioned at a desired position with high stacking accuracy.
  • the length of the positioning member 100 is set to be substantially the same as or slightly shorter than the height of the laminated body in which the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 are laminated. ing.
  • the lid 51 that is a pressure member is fastened to the case main body 52 by screwing, and the laminated vibrator 41 is insulated from the insulating member 42 by the surface of the male thread 51c of the lid 51 and the surface of the bottom 55 of the case main body 52. , 43 together with pressure. That is, the lid body 51 and the case main body 52 are fastened and are integrally assembled so that the insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 do not move. Thereafter, the two positioning members 100 are retracted from the positioning member insertion portion 54 and removed.
  • the ultrasonic transducer 2 when the lid 51 and the case main body 52 are fastened, the ultrasonic transducer 2 according to the present embodiment has the V-shaped groove 101 of the positioning member 100 as the insulating members 42 and 43 and the rectangular piezoelectric body 61.
  • the rectangular members By being applied to the corners of the laminate composed of the electrode plates 62 and 63, the rectangular members having the corners and sides of the insulating members 42 and 43 and the rectangular piezoelectric body 61 and the electrode plates 62 and 63 coincided with each other. Fixed to be maintained.
  • the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 that are stacked and accommodated in the case main body 52 are fixed in a state of being pressed in the case member 50 in a quadrangular prism shape. Retained.
  • the ultrasonic transducer 2 is made of a lead-free single crystal material having a heat resistance such as lead dilithate titanate (PZT) or lithium niobate (LiNbO3), which has particularly poor workability, in a rectangular shape.
  • PZT lead dilithate titanate
  • LiNbO3 lithium niobate
  • the ultrasonic vibrator 2 can simultaneously enclose and pressurize the laminated vibrator 41 in the case member 50 at the time of assembly, the productivity is improved, and the laminated vibrator 41 constitutes a front mass in the case member 50. Since the lid 51 and the bottom 55 of the case main body 52 constituting the back mass are not in contact with each other and do not interfere with each other, it is possible to achieve a highly efficient configuration that prevents problems such as a decrease in output due to vibration damping, generation of wear powder, and short-circuit failure. .
  • the wiring lead-out portion 53 and the positioning member insertion portion 54 formed on the outer peripheral portion of the case main body 52 of the case member 50 may be configured as the same slits 56 and 57 as shown in FIG.
  • the slit 57 in FIG. 9 has a configuration in which the wiring lead-out portion 53 and the positioning member insertion portion 54 are formed as far as the opening of the case main body 52.
  • the ultrasonic vibrator 2 can simplify the structure of the case main body 52 of the case member 50 and improve the productivity.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the case body
  • FIG. 12 is a view showing a state in which the laminated vibrator is accommodated in the case body and is held by the positioning member
  • FIG. 13 is an assembled state of the ultrasonic vibrator.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view showing the assembled state of the ultrasonic transducer of the first modified example
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing the assembled state of the ultrasonic transducer of the second modified example
  • FIG. 16 is a partial cross-sectional view of the ultrasonic transducer of the second modification.
  • a through hole 58 as a positioning member insertion portion is provided at least along the longitudinal direction of the case member 50 at the bottom 55 of the case main body 52 of the case member 50.
  • the case main body 52 has a configuration in which only the wiring lead-out portion 53 is formed and the positioning member insertion portion 54 is not formed.
  • Each of the four through holes 58 has a pin-shaped positioning member 70 formed of metal, hard resin, hard rubber, wire, fiber, or the like, as shown in FIG. 12, on the outer end face side of the bottom 55 of the case member 50. Is inserted from. As shown in FIG. 13, these four positioning members 70 are provided in the vicinity of the corners of the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 that are stacked and accommodated in the case body 52. Hold in contact with one side.
  • a pin-shaped positioning member 70 is inserted into each of the four through holes 58 and the case main body 52 is erected to contact the inner wall of the case main body 52.
  • the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 are stacked and accommodated in other states where they are held in contact with the four positioning members 70.
  • the lead-out portions 62 a and 63 a of the electrode plates 62 and 63 are arranged so as to be led out from the wiring lead-out portion 53 formed in the case body 52.
  • the lid 51 that is a pressure member is fastened to the case main body 52 by screwing, and the laminated vibrator 41 is moved back and forth by the surface where the male screw portion 51c of the lid 51 and the bottom 55 of the case main body 52 face each other.
  • the insulation members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 are integrally assembled so as not to move. Thereafter, the four positioning members 70 are removed from the through holes 58 and removed.
  • the ultrasonic transducer 2 includes a plurality of non-lead single crystal materials having heat resistance such as lithium niobate (LiNbO 3) having poor workability, which are cut into rectangular shapes.
  • the laminated vibrator 41 in which the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61 are laminated together with the insulating members 42 and 43 and the electrode plates 62 and 63 can be assembled in the case member 50 with high positioning accuracy.
  • the ultrasonic transducer 2 is formed only with the wiring lead-out portion 53 and is not formed with the positioning member insertion portion 54. Therefore, the case member is formed by a plurality of slits. The rigidity reduction of 50 is suppressed and it becomes a highly efficient structure.
  • the ultrasonic transducer 2 that is assembled by holding the laminated body by the pin-shaped positioning member 70 may be configured as described below.
  • the ultrasonic transducer 2 here includes two lid bodies 51 in which a case member 50 is screwed and fastened to both ends of a cylindrical case main body 52. .
  • Each of these two lids 51 is provided with at least four through holes 58 that are inserted so that the pin-shaped positioning members 70 penetrate therethrough along the longitudinal direction of the case member 50.
  • these four positioning members 70 are disposed in the vicinity of the corners of the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 that are stacked and accommodated in the case body 52, as described above. It is inserted into the through holes 58 of the two lid bodies 51 so as to contact and hold one side.
  • a wiring lead-out portion (not shown) that leads the lead-out portions 62 a and 63 a of the electrode plates 62 and 63 to the outside is provided on the lid 51 side that is the rear side of the ultrasonic transducer 2.
  • the two lids 51 are screwed in the case main body 52, one of which is a right-hand thread and the other of which is a left-hand thread. Accordingly, the case member 50 does not rotate the two lids 51 by the fixing jig 102, but rotates only the case main body 52 in one direction by the tightening jig 103, so that the lid 51 becomes the case main body 52.
  • This is a so-called turnbuckle structure in which both end openings are simultaneously screwed and fastened.
  • the case member 50 here has a flat portion 52b for the fastening jig 103 formed therein.
  • the lid body 51 does not rotate, so that no torque is generated in the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63. be able to.
  • no torque at the time of fastening is generated in the positioning member 70 that fixes and holds the laminated body including the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63.
  • the laminated vibrator 41 in which the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61 are laminated together with the insulating members 42 and 43 and the electrode plates 62 and 63 can be positioned in the case member 50 with high accuracy. Note that, after the two lids 51 and the case main body 52 are fastened, the pin-shaped positioning member 70 is removed from the through hole 58, whereby the ultrasonic vibrator 2 is completed.
  • the case member 50 of the ultrasonic transducer 2 here connects the lid 51 and the case main body 52 by an annular member 80 that is extrapolated to the case main body 52. It is configured.
  • the case main body 52 of the case member 50 is provided with an outward flange 52c in the vicinity of the opening.
  • the annular member 80 of the case member 50 is externally attached to the case main body 52, and is screwed and fastened to the inward flange 81 that contacts the outward flange 52c of the case main body 52 and the male screw portion 51c formed on the lid body 51.
  • the lid member 51 of the case member 50 is formed to protrude from the male screw portion 51 c and is housed inside from the opening of the case main body 52, and includes insulating members 42 and 43, a rectangular piezoelectric body 61, and electrode plates 62 and 63. It has the convex part 51e which pressurizes a laminated body.
  • the lid 51 is provided with at least four through-holes 58 inserted along the longitudinal direction of the case member 50 so that the pin-shaped positioning member 70 can penetrate therethrough.
  • These four positioning members 70 are arranged on one side in the vicinity of the corners of the insulating members 42 and 43, the rectangular piezoelectric body 61, and the electrode plates 62 and 63 that are stacked and accommodated in the case body 52, as described above. It is inserted into the through hole 58 of the lid 51 and the case main body 52 so as to abut and maintain the positioning.
  • the annular member 80 is externally inserted into the case main body 52 and screwed to the lid 51 to be fastened.
  • the annular member 80 is screwed and fastened to the lid 51 with the outward flange 52c of the case main body 52 in contact with the inward flange 81 of the annular member 80, and the lid 51 and the case main body 52 are connected. Connection is fixed.
  • the case member 50 has a structure that can be connected and fixed to the lid body 51 and the case main body 52 without rotating.
  • the case main body 52 or the lid body 51 is provided with a wiring lead-out portion (not shown) that leads the lead-out portions 62a and 63a of the electrode plates 62 and 63 to the outside.
  • the laminated vibrator 41 in which the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61 are laminated together with the insulating members 42 and 43 and the electrode plates 62 and 63 can be positioned with high accuracy in the case member 50.
  • the pin-shaped positioning member 70 is removed from the through hole 58, whereby the ultrasonic vibrator 2 is completed.
  • the pin-shaped positioning member 70 is removed after the assembly process of the ultrasonic vibrator 2, but a material that does not easily inhibit vibration, such as resin, rubber, wire, or fiber, is used.
  • the ultrasonic transducer 2 may be completed by leaving it without being removed, or by cutting only the portion extending from the case main body 52 or the lid 51.
  • FIG. 17 is a partial cross-sectional view of a state in which a laminated body including an insulating member, a rectangular piezoelectric body, and an electrode plate is positioned by a positioning member in the case member and pressed by a lid
  • FIG. FIG. 19 is a partial cross-sectional view of a state in which a laminated body in which a tolerance of positive tendency has occurred in the piezoelectric body and the electrode plate is positioned by the positioning member in the case member and pressed by the lid body.
  • FIG. FIG. 20 is a perspective view showing the configuration of FIG.
  • FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing that a laminated body in which a tolerance of minus tendency has occurred in the insulating member, the rectangular piezoelectric body, and the electrode plate is positioned in the case member by the positioning member.
  • FIG. 22 is a perspective view showing a configuration of the lid according to the second aspect
  • FIG. 23 is an insulating member, a rectangular piezoelectric body and an electrode according to the second aspect.
  • FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing a state in which a laminated body made of plates is positioned by a positioning member in the case member and pressed by the lid
  • FIG. 24 is a perspective view showing the configuration of the lid according to the third aspect
  • FIG. 26 is a partial sectional view showing a state in which a laminated body including an insulating member, a rectangular piezoelectric body, and an electrode plate is positioned by a positioning member in the case member and pressed by a lid, according to the third embodiment.
  • FIG. 27 is an exploded perspective view showing the configuration of the ultrasonic transducer according to the fourth embodiment
  • FIG. 28 is related to the fourth embodiment, Insulating member, rectangular piezoelectric body and electrode plate Partial cross-sectional view of a pressurized state by the lid with a stack of positioning by the positioning member within the case member,
  • FIG. 29 is a cross-sectional view of the ultrasonic transducer along the line XXIX-XXIX in FIG. 28.
  • the V-shaped groove 101 of the positioning member 100 has two insulating members 42 and 43 and a plurality of rectangular piezoelectric elements. It is desirable for the stability of holding that the laminated vibrator 41 including the body 61 and the plurality of electrode plates 62 and 63 is brought into contact over substantially the entire region in the laminating direction to perform positioning.
  • the ultrasonic transducer 2 includes two insulating members 42 and 43, a plurality of rectangular piezoelectric bodies 61, and a plurality of electrode plates when the lid 51, which is a pressurizing member, is screwed and fastened to the case body 52.
  • the V-shaped groove 101 of the positioning member 100 is in contact with the height direction of 62, 63, as shown in FIG. 17, in particular, in the height direction of the insulating member 42 that is in contact with the lid 51 that is a pressure member. It is desirable that the V-shaped groove 101 of the positioning member 100 is sufficiently in contact with and held at a predetermined length t1.
  • the positioning is higher than the overall height of the laminated vibrator 41 and the two insulating members 42 and 43, which are a laminated body in which a plurality of rectangular piezoelectric bodies 61 and a plurality of electrode plates 62 and 63 housed in the case member 50 are laminated.
  • the height of the V-shaped groove 101 of the member 100 is made high or equal and the laminated vibrator 41 is held in the whole lamination direction, pressure is applied to the case body 52 by tightening the lid 51 that is a pressure member.
  • the lid body 51 interferes with the positioning member 100, and pressure and positioning cannot be performed. Therefore, the height of the positioning member 100 needs to be designed to be lower than the height of the laminated vibrator 41.
  • the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 are designed so that the height (thickness) dimensions of the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61 and the plurality of electrode plates 62 and 63 are set to predetermined specified values, Have a manufacturing tolerance in the height dimension.
  • the insulating members 42 and 43 made of alumina for example, have a thickness of 0.5 mm
  • the rectangular piezoelectric body 61 made of lithium niobate single crystal (LiNbO 3) has an electrode made of 0.5 mm and copper.
  • the tolerance in the height (thickness) direction due to processing may be about 0.05 mm at the maximum.
  • the insulating member 42 is a laminated body in which two insulating members 42 and 43, eight rectangular piezoelectric bodies 61 and nine electrode plates 62 and 63 are laminated, the insulating member 42 in contact with the lid 51 is the case body 52.
  • the installation height of the insulating member 42 having a thickness of 0.5 mm may vary within a range of ⁇ 0.9 mm with respect to the design value. There will be.
  • the two insulating members 42 and 43, the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61, or the plurality of electrode plates 62 and 63 are each made of one member, for example, alumina, lithium niobate single crystal (LiNbO3) or copper. It is processed by batch processing that cuts out multiple wafers and plates.
  • the total number of the two insulating members 42 and 43, the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61, or the plurality of electrode plates 62 and 63 may have a positive tendency or a negative tendency tolerance.
  • the two insulating members 42 and 43, the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61, or the plurality of electrode plates 62 and 63 each have a positive tendency tolerance.
  • the predetermined length t2 at which the V-shaped groove 101 of the positioning member 100 contacts the insulating member 42 that contacts the lid 51, which is a pressurizing member is shorter than the predetermined length t1 (see FIG. 17). (T2 ⁇ t1).
  • the stress concentration due to the rotational force from the lid 51 to the insulating member 42 causes the positioning member 100 and the insulating member 42 to be deformed or chipped.
  • a part of the laminated vibrator 41 rotates in the fastening direction. May be assembled in a state having
  • the ultrasonic transducer 2 here includes two insulating members accommodated in the case main body 52 in contact with the insulating member 42 by the lid body 51 as a pressure member.
  • a pressurizing part that pressurizes 42 and 43 and the laminated vibrator 41 in the laminating direction
  • a disk-shaped rotation buffer plate 51d that is rotatable about the central axis X with respect to the male screw part 51c is provided.
  • the lid 51 is formed with a concave groove 51e having a circular cross section from the end face side of the male screw 51c, and a rotation buffer plate 51d is rotatably engaged with the groove 51e.
  • the rotation buffer plate 51d that has come into contact with the insulating member 42 can buffer the generation of rotational torque with respect to the insulating member 42 by sliding the contact surface of the lid 51 with the recess 51e.
  • a dimensional variation that is, a positive tendency tolerance occurs in the manufacturing of the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61 or the plurality of electrode plates 62 and 63 constituting the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41, and the positioning member 100 Even if the holding area for holding the insulating member 42 is decreased by contacting the V-shaped groove 101 with a short predetermined length t2, the positioning member 100 and the insulating member 42 are deformed, chipped, and the position of the insulating member 42. Misalignment is less likely to occur.
  • the laminated vibrator 41 can be pressure-fastened to the correct position of the case member 50 without causing damage or chipping.
  • the rotation buffer plate 51d is not required to be deformed with respect to the strength required to pressurize the laminated vibrator 41 accommodated in the case body 52, and may be a metal material such as titanium, duralumin, stainless steel, or alumina. It is desirable to form from ceramic materials such as zirconia.
  • the front and back surfaces of the rotation buffer plate 51d be in a mirror surface or a state close to a mirror surface with a surface roughness Ra of 0.05 or less in order to reduce friction between the lid 51 and the recess 51e and the insulating member 42.
  • grease or the like may be applied to each interface.
  • the ultrasonic transducer 2 has the lid 51 even if the holding area of the insulating member 42 is decreased by the positioning member 100 due to the dimensional variation of the laminated transducer 41, here, the tolerance of the positive tendency. Since the rotational force when screwing and fastening to the case main body 52 is difficult to be transmitted to the insulating member 42, deformation of the positioning member 100, displacement of the insulating member 42, chipping, etc. hardly occur, and the laminated vibrator 41 is The two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 can be assembled at predetermined positions of the case member 50 without causing a rotational shift in the fastening direction of the lid 51.
  • the height of the positioning member 100 is 2 by the tolerance integration.
  • the laminated body composed of the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 has a lower height dimension, and as shown in FIG. 21, the positioning member 100 interferes with the lid 51 which is a pressure member. As a result, the laminate housed in the case main body 52 cannot be pressurized, and the assembly of the ultrasonic transducer 2 becomes impossible.
  • the two insulating members 42, 43, the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61, or the plurality of electrode plates 62, 63 each have a negative tendency tolerance, so that the positioning member 100 is integrated by the tolerance integration of the laminated vibrator 41.
  • One end surface exceeds the thickness of the insulating member 42, and the electrode plate 62 that contacts the insulating member 42 has a predetermined length t3 longer than the predetermined length t1 (see FIG. 17). .
  • the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 cannot receive pressure from the lid 51 and, as a result, are not fixed within the case member 50, and the two insulating members 42 and 43, a plurality of The rectangular piezoelectric body 61 or the plurality of electrode plates 62 and 63 are easily displaced.
  • the ultrasonic transducer 2 here includes two insulating members that are accommodated in the case main body 52 by contacting the insulating member 42 with the lid 51 that is a pressurizing member.
  • a pressurizing part that pressurizes 42, 43 and the laminated vibrator 41 in the laminating direction, a cylindrical convex part 51f protruding from the end face of the male screw part 51c is provided.
  • the convex portion 51f has a columnar shape having a diameter d2 smaller than d1 from one side of the insulating member 42 in contact with the convex portion 51f.
  • the convex portion 51f contacts only the insulating member 42 to add the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41. Therefore, the lid 51 does not interfere with the positioning member 100.
  • the positioning member 100 has a dimension in the height direction (stacking direction) that is generated in the plurality of rectangular piezoelectric bodies 61 and the plurality of electrode plates 62 and 63 constituting the two insulating members 42 and 43 and the stacked vibrator 41. In consideration of the tendency tolerance, it is desirable to make it equal to or larger than the maximum dimension in the height direction of the two insulating members 42 and 43 and the entire laminated vibrator 41.
  • the ultrasonic vibrator 2 has a configuration that can cope with a tolerance of a minus tendency and a tolerance of a plus tendency as a dimensional variation of the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41. Even if the dimension in the height direction of the laminated body including the insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 varies, the insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 always come into contact with the V-shaped groove 101 of the positioning member 100. Therefore, the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 can be reliably held by the positioning member 100 with a constant holding force.
  • the holding area of the insulating member 42 by the positioning member 100 is not changed, and the positioning member 100 has the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 constant over the entire lamination direction. Therefore, a large pressure is not locally applied to the positioning member 100 and the insulating member 42, a concentrated load is not applied, and deformation of the positioning member 100, displacement of the insulating member 42, chipping, and the like are unlikely to occur.
  • the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 can be assembled to a predetermined position of the case member 50 without causing the laminated vibrator 41 to rotate in the fastening direction of the lid 51.
  • the ultrasonic vibrator 2 is configured to be able to cope with dimensional fluctuations in the height direction of the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 due to tolerances of a positive tendency and a negative tendency, as shown in FIGS.
  • a central axis X that combines the first embodiment and the second embodiment to press the laminated vibrator 41 accommodated in the case body 52 in contact with the insulating member 42 in the lamination direction. It is good also as the rotation buffering convex part 51g rotatable freely.
  • the lid 51 also has a concave groove 51h having a circular cross section from the end face side of the male screw 51c, and a rotation buffering convex 51g is rotatably engaged in the groove 51h.
  • the ultrasonic transducer 2 has the same effects as the first embodiment and the second embodiment, and deformation of the positioning member 100, displacement of the insulating member 42, chipping, etc. It becomes difficult to occur, and the laminated vibrator 41 can be assembled at a predetermined position of the case member 50 without causing the laminated vibrator 41 to be rotated in the fastening direction.
  • the ultrasonic transducer 2 here includes two anti-rotation protrusions that are integrally formed, for example, in a direction away from the insulating member 42 that is in contact with the lid 51 that is a pressure member.
  • the portion 42 a is extended, and two rotation prevention groove portions 59 in which these two rotation prevention protrusions 42 a are engaged are formed in the opening of the case body 52.
  • the two anti-rotation protrusions 42 a are preferably formed in an arc shape so that the protrusion amount is set in accordance with the outer diameter of the case main body 52, and the protrusion end faces coincide with the outer peripheral surface of the case main body 52. .
  • case main body 52 has the insulating member 42 that is high along the anti-rotation groove 59 in accordance with the dimensional variation in the height direction of the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 due to the plus and minus tolerances.
  • the length of the rotation preventing groove 59 having a margin so that it can be freely moved in the vertical direction is set.
  • the rotation preventing projection 42a and the rotation preventing groove 59 are set so that the dimensions in the width direction are substantially the same.
  • each of the two anti-rotation protrusions 42 a of the insulating member 42 is fitted into the two anti-rotation grooves 59 of the case body 52.
  • the rotation of the insulating member 42 around the central axis of the case main body 52 is restricted.
  • the insulating member 42 abuts against the wall surface of the rotation prevention groove 59 even if the lid 51 comes into contact and is given a rotational force. Without moving around the central axis of the case main body 52, it becomes movable only in the height direction (pressure direction).
  • the laminated vibrator 41 can be assembled at a predetermined position of the case member 50 without causing a deviation.
  • the part 42a is desirably provided at at least two locations at equal intervals in the circumferential direction.
  • the rotation preventing groove 59 provided in the case main body 52 may also be used as the wiring lead-out portion 53 or the positioning member insertion portion 54.
  • the rotational force when the lid 51 is screwed to the case main body 52 and fastened to the positioning member 100 is not applied via the insulating member 42.
  • the first to third aspects have the same operational effects as the positioning member 100, deformation of the insulating member 42, and misalignment of the insulating member 42. It is difficult for the laminated vibrator 41 to rotate in the fastening direction.
  • the laminated body including the two insulating members 42 and 43 and the laminated vibrator 41 can be assembled at a predetermined position of the case member 50 without raising.
  • the described requirements can be deleted if the stated problem can be solved and the stated effect can be obtained.
  • the configuration can be extracted as an invention.

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Abstract

　超音波振動デバイスは、複数の圧電体（６１）と複数の電極板（６２，６３）とが積層された、外形が多角柱形状をなす積層振動子（４１）と、積層振動子の両端に配設される絶縁部材（４２，４３）と、圧電振動子および絶縁部材を収容するケース本体（５２）と、ケース本体の開口部に螺着して締結され、積層振動子および絶縁部材をケース本体内で加圧して固定する加圧部材（５１）と、ケース本体内において、積層振動子と絶縁部材とを多角柱形状に保持すると共に、積層振動子をケース本体の内壁に非接触、且つ、絶縁部材の一端が加圧部材に接触する位置に位置決めする位置決め部材（１００）を挿入する複数の位置決め部材挿入部（５４）と、を具備する。

Description

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
　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。
特開２００３－１９９１９５号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された圧電素子の形状は円板状に加工されている。そのため、圧電材料ウエハから圧電素子を円板状に切り出すと、取り個数が少なくなるといった欠点がある。そのため、圧電素子は、矩形状に切り出して個数を多く取れるようにすることが好ましい。
　このように矩形状に切り出された圧電単結晶チップを積層して、ランジュバン型振動子を組立てるとき、特許文献１の技術では、振動ブロック内に複数の圧電素子を積層すると、これら圧電素子の位置精度と積層精度は積層された圧電素子に接触する電極片のみにより決定される。そのため、これら複数の圧電素子の正確な位置決めが非常に困難であり、更に組立における締結で振動体側面が振動ブロック内壁に接触する可能性がある。
　即ち、特許文献１のような従来のように振動ブロック内に複数の圧電素子を積層する技術では、振動減衰による出力低下、摩耗粉発生、短絡不良などの不具合の発生が懸念される。
　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、生産性を向上させると共に、ケース部材に干渉させることなく精度良く位置決め積層できるようにして、振動減衰による出力低下、摩耗粉発生、短絡不良などの不具合を防止した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、複数の圧電体と複数の電極板とが積層された、外形が多角柱形状をなす積層振動子と、前記積層振動子の両端に配設される絶縁部材と、前記圧電振動子および前記絶縁部材を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部に螺着して締結され、前記積層振動子および前記絶縁部材を前記ケース本体内で加圧して固定する加圧部材と、前記ケース本体内において、前記積層振動子と前記絶縁部材とを前記多角柱形状に保持すると共に、前記積層振動子を前記ケース本体の内壁に非接触、且つ、前記絶縁部材の一端が前記加圧部材に接触する位置に位置決めする位置決め部材を挿入する複数の位置決め部材挿入部と、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、複数の圧電体と複数の電極板とが積層された、外形が多角柱形状をなす積層振動子と、前記積層振動子の両端に配設される絶縁部材と、前記圧電振動子および前記絶縁部材を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部に螺着して締結され、前記積層振動子および前記絶縁部材を前記ケース本体内で加圧して固定する加圧部材と、前記ケース本体内において、前記積層振動子と前記絶縁部材とを前記多角柱形状に保持すると共に、前記積層振動子を前記ケース本体の内壁に非接触、且つ、前記絶縁部材の一端が前記加圧部材に接触する位置に位置決めする位置決め部材を挿入する複数の位置決め部材挿入部と、を具備する超音波振動デバイスの製造方法であって、前記絶縁部材が両端に配設された前記積層振動子を前記ケース本体の内壁と非接触の位置に収容し、前記ケース本体の前記複数の位置決め部材挿入部に、先端にＶ字溝が形成された複数の位置決め部材を挿入して、前記絶縁部材および前記積層振動子からなる積層体の対角する角部に前記位置決め部材の前記Ｖ字溝を当て付けて、前記積層体を前記ケース本体内で前記多角柱形状に保持した状態で位置決めし、前記加圧部材をケース本体に螺着して締結して、前記加圧部材と前記ケース本体の底部によって前記積層体を加圧して固定し、前記複数の位置決め部材を位置決め部材挿入部から退避されて取り外す。
　さらに、本発明における一態様の超音波医療装置は、複数の圧電体と複数の電極板とが積層された、外形が多角柱形状をなす積層振動子と、前記積層振動子の両端に配設される絶縁部材と、前記圧電振動子および前記絶縁部材を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部に螺着して締結され、前記積層振動子および前記絶縁部材を前記ケース本体内で加圧して固定する加圧部材と、前記ケース本体内において、前記積層振動子と前記絶縁部材とを前記多角柱形状に保持すると共に、前記積層振動子を前記ケース本体の内壁に非接触、且つ、前記絶縁部材の一端が前記加圧部材に接触する位置に位置決めする位置決め部材を挿入する複数の位置決め部材挿入部と、を備えた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。
　以上に記載の本発明によれば、生産性を向上させると共に、ケース部材に干渉させることなく精度良く位置決め積層できるようにして、振動減衰による出力低下、摩耗粉発生、短絡不良などの不具合を防止した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、絶縁部材、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状態を示す分解斜視図 同、超音波振動子の組み立て状態を示す断面図 同、変形例のケース本体の構成を示す斜視図 同、図８とは別形態の変形例のケース本体の構成を示す斜視図 同、図８および図９の変形例の超音波振動子の組み立て状態を示す断面図 本発明の第２の実施の形態に係るケース本体の構成を示す斜視図 同、ケース本体内に積層振動子が収容され位置決め部材によって保持された状態を示す図 同、超音波振動子の組み立て状態を示す断面図 同、第１の変形例の超音波振動子の組み立て状態を示す分解斜視図 同、第２の変形例の超音波振動子の組み立て状態を示す分解斜視図 同、第２の変形例の超音波振動子の部分断面図 本発明の第３の実施の形態に係る、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図 同、絶縁部材、矩形圧電体および電極板にプラス傾向の公差が生じた積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図 同、第１の態様に係る蓋体の構成を示す斜視図 同、第１の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図 同、絶縁部材、矩形圧電体および電極板にマイナス傾向の公差が生じた積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図 同、第２の態様に係る蓋体の構成を示す斜視図 同、第２の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図 同、第３の態様に係る蓋体の構成を示す斜視図 同、第３の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図 同、第４の態様に係る超音波振動子の構成を示す分解斜視図 同、第４の態様に係る超音波振動子の組み立て状態を示す分解斜視図 同、第４の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図 同、図２８のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ線に沿っ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。
（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、絶縁部材、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状態を示す分解斜視図、図７は、超音波振動子の組み立て状態を示す断面図、図８は、変形例のケース本体の構成を示す斜視図、図９は、図８とは別形態の変形例のケース本体の構成を示す斜視図、図１０は、図８および図９の変形例の超音波振動子の組み立て状態を示す断面図である。
（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、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１９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部材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などから多角形、ここでは矩形状に形成された絶縁部材４２，４３が配設されており、２つの絶縁部材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，Ｔｉ１－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、絶縁部材４２、８つの矩形圧電体６１および絶縁部材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、絶縁部材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、全体が略四角柱形状にされる。即ち、各絶縁部材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、絶縁部材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。つまり、絶縁板４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３がそれぞれ、共通する角部を少なくとも２つ持つ形状の多角形であれば良い。
　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。
　ケース部材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、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。
　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、外周部に開口としての２つの配線導出部５３および２つの位置決め部材挿入部５４が形成されている。これら配線導出部５３および位置決め部材挿入部５４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、合計４つがケース本体５２の側周部に形成されている。なお、配線導出部５３および位置決め部材挿入部５４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を収容するケース部材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。
（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、図６に示すように、ケース本体５２の内部には、絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１、各電極板６２，６３が積層されて収容される。このとき、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３は、ケース本体５２の内壁（側壁）に接触しない位置に収容される。つまり、積層振動子４１に接触するのは絶縁部材４２，４３のみでありケース本体５２の側壁には非接触の状態が維持され、絶縁部材４２，４３のみがケース本体５２の底部５５と蓋体５１に接触する状態となる。そして、絶縁部材４２，４３が接触する面は積層方向（積層振動子４１の振動方向）の面のみである。また、各電極板６２，６３の導出部６２ａ，６３ａは、ケース本体５２に形成された配線導出部５３から導出するように配置される。
　次に、ケース本体５２に形成された位置決め部材挿入部５４に、先端にＶ字溝１０１が形成された断面Ｔ字形状の２つの位置決め部材１００が挿入される。そして、図７に示すように、絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１、各電極板６２，６３が積層された積層体の対角線上に位置する離反した角部に位置決め部材１００のＶ字溝１０１が当て付けられ、所望の位置に積層精度良く位置決めされる。なお、位置決め部材１００は、高さ方向の長さが、絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１、各電極板６２，６３が積層された積層体の高さ寸法と略同一または若干短く設定されている。
　この状態で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、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が絶縁部材４２，４３と共に加圧される。即ち、蓋体５１とケース本体５２が締結されて、絶縁部材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、２つの位置決め部材１００が位置決め部材挿入部５４から退避されて取り外される。
　このように、本実施の形態の超音波振動子２は、蓋体５１とケース本体５２が締結される際、位置決め部材１００のＶ字溝１０１が絶縁部材４２，４３および矩形圧電体６１と各電極板６２，６３からなる積層体の角部に当て付けられることで、絶縁部材４２，４３および矩形圧電体６１と各電極板６２，６３の各角部および各辺が一致した四角柱形状が維持されるように固定される。
　これにより、ケース本体５２内に積層して収容される絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３が四角柱形状となってケース部材５０内で加圧された状態で固定保持される。
　以上の説明により、超音波振動子２は、チタン酸ジリコン酸鉛（ＰＺＴ）または、特に加工性の悪いニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの耐熱性を有した非鉛の単結晶材料を矩形状に切り出した複数の矩形圧電体６１を利用し、これら複数の矩形圧電体６１を各絶縁部材４２，４３および各電極板６２，６３と共に積層した積層振動子４１をケース部材５０内に高い位置決め精度で組立てることができる。
　そして、超音波振動子２は、ケース部材５０への積層振動子４１の封入および加圧保持を組立時に同時に行えるため生産性が向上し、積層振動子４１がケース部材５０におけるフロントマスを構成する蓋体５１およびバックマスを構成するケース本体５２の底部５５に接触することなく干渉しないため振動減衰による出力低下、摩耗粉発生、短絡不良などの不具合を防止した高効率な構成とすることができる。
（変形例）
　ケース部材５０のケース本体５２の外周部に形成される配線導出部５３および位置決め部材挿入部５４は、図８または図９に示すように、同一のスリット５６，５７とした構成としても良い。
　図８のスリット５６は、配線導出部５３および位置決め部材挿入部５４を１つとして、ケース本体５２の開口部に形成される雌ネジ部５２ａの手前まで形成された構成である。一方、図９のスリット５７は、配線導出部５３および位置決め部材挿入部５４を１つとして、ケース本体５２の開口部まで形成された構成である。
　これらのスリット５６，５７には、蓋体５１とケース本体５２を締結する際、図１０に示すように、各電極板６２，６３の導出部６２ａ，６３ａが導出するように配置されると共に、積層体の離反する角部に突き当てて固定保持する２つの位置決め部材１００が挿入される構成となっている。このような構成とすることで、超音波振動子２は、ケース部材５０のケース本体５２の構造が単純化でき生産性が向上する。
（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１１は、ケース本体の構成を示す斜視図、図１２は、ケース本体内に積層振動子が収容され位置決め部材によって保持された状態を示す図、図１３は、超音波振動子の組み立て状態を示す断面図、図１４は、第１の変形例の超音波振動子の組み立て状態を示す分解斜視図、図１５は、第２の変形例の超音波振動子の組み立て状態を示す分解斜視図、図１６は、第２の変形例の超音波振動子の部分断面図である。
　本実施の形態の超音波振動子２は、図１１に示すように、ケース部材５０のケース本体５２の底部５５に位置決め部材挿入部としての貫通孔５８がケース部材５０の長手方向に沿って少なくとも４つ設けられている。なお、ここでのケース本体５２は、配線導出部５３のみ形成されており、位置決め部材挿入部５４が形成されていない構成となっている。
　４つの貫通孔５８のそれぞれには、図１２に示すように、金属、硬質樹脂、硬質ゴム、ワイヤ、繊維などから形成されたピン状の位置決め部材７０がケース部材５０の底部５５の外部端面側から挿入される。これら４つの位置決め部材７０は、図１３に示すように、ケース本体５２内に積層して収容される絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３のそれぞれの角部近傍の一辺に当接して保持する。
　即ち、第１の実施の形態と同様に、４つの貫通孔５８のそれぞれにピン状の位置決め部材７０が挿入されて立設されたケース本体５２の内部には、このケース本体５２の内壁に接触しない位置に、絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１、各電極板６２，６３が４つの位置決め部材７０に当接保持された他状態に積層されて収容される。なお、各電極板６２，６３の導出部６２ａ，６３ａは、ケース本体５２に形成された配線導出部５３から導出するように配置される。
　この状態で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、蓋体５１の雄ネジ部５１ｃとケース本体５２の底部５５とが対向する表面によって、積層振動子４１を前後の絶縁部材４２，４３と共に加圧されて、絶縁部材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、４つの位置決め部材７０が貫通孔５８から抜去されて取り外される。
　このような構成としても、本実施の形態の超音波振動子２は、加工性の悪いニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの耐熱性を有した非鉛の単結晶材料を矩形状に切り出した複数の矩形圧電体６１を利用し、これら複数の矩形圧電体６１を各絶縁部材４２，４３および各電極板６２，６３と共に積層した積層振動子４１をケース部材５０内に高い位置決め精度で組立てることができる。そして、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、配線導出部５３のみ形成されており、位置決め部材挿入部５４が形成されていないため、複数のスリットによるケース部材５０の剛性低下を抑え、高効率な構成となる。
（変形例）
　なお、本実施の形態のように、ピン状の位置決め部材７０により積層体を保持して組み立てる超音波振動子２は、以下に記載の構成としてもよい。
（第１の変形例）
　ここでの超音波振動子２は、図１４に示すように、ケース部材５０が円筒状のケース本体５２の両端に螺着されて締結される２つの蓋体５１を有して構成されている。これら２つの蓋体５１のそれぞれには、ピン状の位置決め部材７０が貫通するように挿入される貫通孔５８がケース部材５０の長手方向に沿って少なくとも４つ設けられている。
　即ち、これら４つの位置決め部材７０は、上述と同様に、ケース本体５２内に積層して収容される絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３のそれぞれの角部近傍の一辺に当接して位置決め保持するように２つの蓋体５１の貫通孔５８に挿入される。なお、ここでは、各電極板６２，６３の導出部６２ａ，６３ａを外部へ導出させる図示しない配線導出部が超音波振動子２の後方側となる蓋体５１側に設けられている。
　また、２つの蓋体５１は、ケース本体５２への螺着方向が、一方が右ネジとなっており、他方が左ネジとなっている。これにより、ケース部材５０は、２つの蓋体５１を固定治具１０２により抑えて回転させずに、ケース本体５２のみを締め付け治具１０３によって一方に回転させることで、蓋体５１がケース本体５２の両端開口部に同時に螺着されて締結される、所謂ターンバックル構造となっている。なお、ここでのケース部材５０には、締め付け治具１０３用の平面部５２ｂが形成されている。
　これにより、２つの蓋体５１とケース本体５２との締結時に、蓋体５１が回転しないため、絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３にトルクが発生しないようにすることができる。これにより絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３からなる積層体を固定保持する位置決め部材７０にも締結時のトルクが生じない。
　そのため、これら複数の矩形圧電体６１を各絶縁部材４２，４３および各電極板６２，６３と共に積層した積層振動子４１をケース部材５０内により高精度に位置決めすることができる。なお、２つの蓋体５１とケース本体５２との締結後に、ピン状の位置決め部材７０が貫通孔５８から抜去されることで超音波振動子２が完成される。
（第２の変形例）
　ここでの超音波振動子２のケース部材５０は、図１５および図１６に示すように、蓋体５１とケース本体５２とを、ケース本体５２に外挿させた円環部材８０によって接続するように構成されている。
　具体的には、ケース部材５０のケース本体５２は、開口部近傍に外向フランジ５２ｃが設けられている。ケース部材５０の円環部材８０は、ケース本体５２に外挿して、ケース本体５２の外向フランジ５２ｃと当接する内向フランジ８１と、蓋体５１に形成された雄ネジ部５１ｃに螺着して締結する雌ネジ部８２と、を備えている。
　ケース部材５０の蓋体５１は、雄ネジ部５１ｃから突起形成され、ケース本体５２の開口部から内部に収容されて、絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３からなる積層体を加圧する凸部５１ｅを有している。
　なお、蓋体５１には、ピン状の位置決め部材７０が貫通するように挿入される貫通孔５８がケース部材５０の長手方向に沿って少なくとも４つ設けられている。これら４つの位置決め部材７０は、上述と同様に、ケース本体５２内に積層して収容される絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３のそれぞれの角部近傍の一辺に当接して位置決め保持するように蓋体５１およびケース本体５２の貫通孔５８に挿入される。
　このように、超音波振動子２は、ケース本体５２の開口部に蓋体５１を被せた後、円環部材８０をケース本体５２に外挿して、蓋体５１に螺着して締結される。このとき、ケース本体５２の外向フランジ５２ｃが円環部材８０の内向フランジ８１に当接した状態で円環部材８０が蓋体５１に螺着して締結され、蓋体５１とケース本体５２とが接続固定される。
　なお、蓋体５１およびケース本体５２は、上述した固定治具１０２により回転しないように固定保持された状態で、円環部材８０のみ回転されて接続固定される。これにより、ケース部材５０は、蓋体５１とケース本体５２と回転することなく接続固定できる構造となっている。
　また、ここでも、各電極板６２，６３の導出部６２ａ，６３ａを外部へ導出させる図示しない配線導出部がケース本体５２または蓋体５１に設けられている。
　このように構成された本変形例でも、蓋体５１とケース本体５２との接続固定時に、蓋体５１およびケース本体５２が回転しないため、絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３にトルクが発生しないようにすることができる。これにより絶縁部材４２，４３、矩形圧電体６１および各電極板６２，６３からなる積層体を固定保持する位置決め部材７０にも締結時のトルクが生じない。
　そのため、本変形例においても、複数の矩形圧電体６１を各絶縁部材４２，４３および各電極板６２，６３と共に積層した積層振動子４１をケース部材５０内により高精度に位置決めすることができる。なお、蓋体５１とケース本体５２とを円環部材８０によって接続固定した後に、ピン状の位置決め部材７０が貫通孔５８から抜去されることで超音波振動子２が完成される。
　なお、上述した各構成において、ピン状の位置決め部材７０は、超音波振動子２の組立工程後に抜去するものとしたが、樹脂、ゴム、ワイヤ、繊維などの振動を阻害し難い材料を用いた場合、抜去せずに残留させたままにしたり、ケース本体５２または蓋体５１から延出する部分のみを切断したりして超音波振動子２を完成させてもよい。
（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、本実施の形態の超音波振動子２の構成は、第１の実施の形態の変形例であり、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。　
　ここでは、第１の実施の形態に記載した超音波振動子２の構成に関して、２つの絶縁部材４２，４３と積層振動子４１を構成する複数の矩形圧電体６１および複数の電極板６２，６３の製造時の厚さ方向の公差によって生じる問題を解決する構成について以下に説明する。
　なお、図１７は、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図、図１８は、絶縁部材、矩形圧電体および電極板にプラス傾向の公差が生じた積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図、図１９は、第１の態様に係る蓋体の構成を示す斜視図、図２０は、第１の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図、図２１は、絶縁部材、矩形圧電体および電極板にマイナス傾向の公差が生じた積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図、図２２は、第２の態様に係る蓋体の構成を示す斜視図、図２３は、第２の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図、図２４は、第３の態様に係る蓋体の構成を示す斜視図、図２５は、第３の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図、図２６は、第４の態様に係る超音波振動子の構成を示す分解斜視図、図２７は、第４の態様に係る超音波振動子の組み立て状態を示す分解斜視図、図２８は、第４の態様に係り、絶縁部材、矩形圧電体および電極板からなる積層体をケース部材内で位置決め部材によって位置決めすると共に蓋体によって加圧した状態の部分断面図、図２９は、図２８のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ線に沿った超音波振動子の断面図である。
　超音波振動子２は、加圧部材である蓋体５１をケース本体５２に螺着して締結するときに、位置決め部材１００のＶ字溝１０１が２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１、複数の電極板６２，６３からなる積層振動子４１を積層方向の略全域に亘り接触させて位置決めを行うことが保持の安定上望ましい。
　即ち、超音波振動子２は、加圧部材である蓋体５１をケース本体５２に螺着して締結するときに、２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１、複数の電極板６２，６３の高さ方向に位置決め部材１００のＶ字溝１０１が接触した状態において、図１７に示すように、特に、加圧部材である蓋体５１に接触する絶縁部材４２の高さ方向に十分に所定の長さｔ１で位置決め部材１００のＶ字溝１０１が接触して保持していることが望ましい。
　ところで、ケース部材５０に収納する複数の矩形圧電体６１および複数の電極板６２，６３が積層された積層体である積層振動子４１および２つの絶縁部材４２，４３の全体の高さよりも、位置決め部材１００のＶ字溝１０１の高さを高くまたは等しくして、積層振動子４１を積層方向全体で保持する構造にすると、ケース本体５２への加圧部材である蓋体５１の締め付けによる加圧締結時に蓋体５１が位置決め部材１００に干渉し、加圧、位置決めができなくなる。そのため、位置決め部材１００の高さは積層振動子４１の高さより低く設計される必要がある。
　しかしながら、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１は、複数の矩形圧電体６１および複数の電極板６２，６３の高さ（厚さ）寸法を所定の規定値に設計しても、実際には高さ方向の寸法に製造時の公差が存在する。
　その一例として、例えばアルミナから形成される絶縁部材４２，４３を厚さ０．５ｍｍとし、ニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）から形成される矩形圧電体６１を０．５ｍｍおよび銅から形成される電極板６２，６３を厚さ０．１ｍｍとした場合、加工による高さ（厚さ）方向の公差がそれぞれ最大で０．０５ｍｍ程度は生じる可能性がある。
　ここでは、絶縁部材４２，４３が２つ、矩形圧電体６１が８つおよび電極板６２，６３が９つ積層された積層体であるため、蓋体５１に接触する絶縁部材４２がケース本体５２内に設置される高さ位置に生じうる誤差は、公差の積算となり、ケース本体５２の底部５５に接触する絶縁部材４３に生じる公差と、８つの矩形圧電体６１に生じる公差と、９つの電極板６２，６３に生じる公差の積算となり、最大で±０．９ｍｍ［＝（１+８+９）×０．０５］となる。
　即ち、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を含む積層体は、厚さ０．５ｍｍの絶縁部材４２の設置高さが設計値に対して±０．９ｍｍの範囲で変動する可能性がある事になる。
　このように、全ての部材がマイナス側またはプラス側に最大公差で出来上がる状態は、起こり難いと考えられるが、より軽微な状態は容易に起こり得る。
　具体的には、２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１または複数の電極板６２，６３は、１枚の各部材、例えば、アルミナ、ニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂＯ３）または銅のウエハ、板材などから複数切出すバッチ処理で加工される。
　そのため、２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１または複数の電極板６２，６３は、それぞれ全数が一様にプラス傾向またはマイナス傾向の公差となる事が起こるためである。
　２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１または複数の電極板６２，６３は、それぞれがプラス傾向の公差が生じることにより、例えば、図１８に示すように、積層振動子４１の公差積算により、加圧部材である蓋体５１に接触する絶縁部材４２を位置決め部材１００のＶ字溝１０１が接触する所定の長さｔ２が上述の所定の長さｔ１（図１７参照）よりも短くなってしまう（ｔ２＜ｔ１）。
　この状態で蓋体５１をケース本体５２に加圧締結すると、位置決め部材１００のＶ字溝１０１が蓋体５１に接触する絶縁部材４２に接触する範囲が小さくなり、絶縁部材４２が位置決め部材１００のＶ字溝１０１による狭い（小さな）保持面積で蓋体５１からの回転力を受けることとなる。
　これにより、蓋体５１から絶縁部材４２への回転力による応力集中で、位置決め部材１００および絶縁部材４２の変形、カケなどが起き、その結果、積層振動子４１の一部が締結方向に回転ズレを有する状態に組み立てられる可能性がある。
（第１の態様）
　そこで、ここでの超音波振動子２は、図１９および図２０に示すように、加圧部材である蓋体５１が絶縁部材４２に接触してケース本体５２内に収容された２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を積層方向に加圧する加圧部として、雄ネジ部５１ｃに対して中心軸Ｘ回りに回動自在な円板状の回転緩衝板５１ｄが設けられている。
　なお、蓋体５１は、雄ネジ部５１ｃの端面側から断面円形の凹状の溝部５１ｅが形成されており、この溝部５１ｅに回転緩衝板５１ｄが回動自在に係入されている。
　このような構成とすることで、超音波振動子２の製造過程において、蓋体５１をケース本体５２に対して中心軸Ｘ回りに回転させて螺着して締結するときに発生する回転力が回転緩衝板５１ｄに接触した絶縁部材４２に伝わり難くなる。
　即ち、絶縁部材４２に接触した回転緩衝板５１ｄは、蓋体５１の凹部５１ｅとの接触面が滑ることで、絶縁部材４２に対する回転トルクの発生を緩衝させる事ができる。
　そのため、位置決め部材１００のＶ字溝１０１は、絶縁部材４２を保持する保持面積に関係なく大きな圧力が掛かることが低減される。
　その結果、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を構成する複数の矩形圧電体６１または複数の電極板６２，６３の製造時に寸法変動、ここではプラス傾向の公差が生じ、位置決め部材１００のＶ字溝１０１が短い所定の長さｔ２で接触して絶縁部材４２を保持する保持面積の減少が起きても、位置決め部材１００および絶縁部材４２の変形、カケなどや、絶縁部材４２の位置ズレなどが起こり難くなる。
　即ち、ケース部材５０内に積層される２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１または複数の電極板６２，６３の厚さが設計中央値から外れても、特に、絶縁部材４２に破損、カケを生じさせずに、積層振動子４１をケース部材５０の正しい位置に加圧締結することが可能となる。
　ここでの回転緩衝板５１ｄは、ケース本体５２内に収容された積層振動子４１を加圧するために必要な強度に対して変形が起こらなければ良く、チタン、ジュラルミン、ステンレスなどの金属材料またはアルミナ、ジルコニアなどのセラミクス系材料から形成することが望ましい。
　さらに、回転緩衝板５１ｄの表裏面は、蓋体５１の凹部５１ｅおよび絶縁部材４２との摩擦を低減するために表面粗さＲａ０．０５以下の鏡面または鏡面に近い状態とすることが望ましい。なお、回転緩衝板５１ｄと蓋体５１の凹部５１ｅおよび絶縁部材４２との接触面の摩擦をさらに低減するため、それぞれの界面にグリスなどを塗布しても構わない。
　以上に記載したように、超音波振動子２は、積層振動子４１の寸法変動、ここではプラス傾向の公差に伴う位置決め部材１００による絶縁部材４２の保持面積の減少が起きても、蓋体５１をケース本体５２に螺着して締結するときの回転力が絶縁部材４２に伝わり難くなるため、位置決め部材１００の変形、絶縁部材４２の位置ズレ、カケなどが起こり難くなり、積層振動子４１が蓋体５１の締結方向に回転ズレを起こすことなく、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１をケース部材５０の所定の位置に組み付けることができる。
　ところで、絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を含む積層体の寸法変動が上述とは反対に、例えばマイナス傾向の公差となった場合、公差積算により、位置決め部材１００の高さ寸法よりも２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１からなる積層体の高さ寸法のほうが低い位置となってしまい、図２１に示すように、加圧部材である蓋体５１に位置決め部材１００が干渉してしまい、ケース本体５２に収容された積層体を加圧できず、超音波振動子２の組み立てが不可能となってしまう。
　即ち、２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１または複数の電極板６２，６３は、それぞれがマイナス傾向の公差が生じることにより、積層振動子４１の公差積算により、位置決め部材１００の一端面が絶縁部材４２の厚さを越えて、この絶縁部材４２に接触する電極板６２から上述の所定の長さｔ１（図１７参照）よりも長い所定の長さｔ３を有した状態となる。
　この状態で蓋体５１をケース本体５２に加圧締結すると、位置決め部材１００の端面に蓋体５１が接触して、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を加圧できない状態となる。
　これにより、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１は、蓋体５１からの加圧力が受けられず、その結果、ケース部材５０内で固定されず、２つの絶縁部材４２，４３、複数の矩形圧電体６１または複数の電極板６２，６３が容易にズレでしまう状態となってしまう。
（第２の態様）
　そこで、ここでの超音波振動子２は、図２２および図２３に示すように、加圧部材である蓋体５１が絶縁部材４２に接触してケース本体５２内に収容された２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を積層方向に加圧する加圧部として、雄ネジ部５１ｃの端面から突出する円柱状の凸部５１ｆを有している。
　この凸部５１ｆは、接触する絶縁部材４２の一辺よりｄ１よりも小さな直径ｄ２を有した円柱形状となっている。
　これにより、加圧部材である蓋体５１をケース本体５２に螺着して締結するとき、凸部５１ｆが絶縁部材４２のみに接触して２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を加圧するため、蓋体５１が位置決め部材１００に干渉する事が無くなる。
　なお、位置決め部材１００は、その高さ方向（積層方向）の寸法が２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を構成する複数の矩形圧電体６１と複数の電極板６２，６３に生じるプラス傾向の公差を考慮して、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１全体の高さ方向の最大寸法以上にすることが望ましい。
　従って、超音波振動子２は、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１の寸法変動として、マイナス傾向の公差に対応すると共に、プラス傾向の公差にも対応できるような構成となり、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１からなる積層体の高さ方向の寸法が変動しても、必ずつの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１が位置決め部材１００のＶ字溝１０１に接触して保持されるため、位置決め部材１００によって一定の保持力で２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を確実に保持することができる。
　即ち、ここでの超音波振動子２は、位置決め部材１００による絶縁部材４２の保持面積の変動がなく、位置決め部材１００が２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１を積層方向全域に渡り一定の保持面積を確保できるため、位置決め部材１００および絶縁部材４２に局所的に大きな圧力がかからず、集中荷重が掛からず、位置決め部材１００の変形、絶縁部材４２の位置ズレ、カケなどが起こり難くなり、積層振動子４１が蓋体５１の締結方向に回転ズレを起こすことなく、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１をケース部材５０の所定の位置に組み付けることができる。
（第３の態様）
　なお、超音波振動子２は、プラス傾向およびマイナス傾向の公差による２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１の高さ方向の寸法変動に対応できるような構成として、図２４および図２５に示すように、上記第１の形態および上記第２の形態を組み合わせた構成として、絶縁部材４２に接触してケース本体５２内に収容された積層振動子４１を積層方向に加圧する、中心軸Ｘ回りに回動自在な回転緩衝凸部５１ｇとしてもよい。
　ここでの蓋体５１も、雄ネジ部５１ｃの端面側から断面円形の凹状の溝部５１ｈが形成されており、この溝部５１ｈに回転緩衝凸部５１ｇが回動自在に係入されている。
　このような構成としても、超音波振動子２は、上記第１の形態と上記第２の形態と同様な作用効果を有し、位置決め部材１００の変形、絶縁部材４２の位置ズレ、カケなどが起こり難くなり、積層振動子４１が締結方向に回転ズレを起こすことなく、積層振動子４１をケース部材５０の所定の位置に組み付けることができる。
（第４の態様）
　ここでの超音波振動子２は、図２６および図２７に示すように、加圧部材である蓋体５１に接触する絶縁部材４２から、例えば離反する方向に一体形成された２つの回転防止突起部４２ａが延設され、これら２つの回転防止突起部４２ａが係合する２つ回転防止溝部５９をケース本体５２の開口部に形成されている。
　なお、２つの回転防止突起部４２ａは、ケース本体５２の外径に合わせた突出量が設定され、突出端面がケース本体５２の外周面と一致するように円弧状に形成されていることが望ましい。
　また、ケース本体５２は、プラス傾向およびマイナス傾向の公差による２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１の高さ方向の寸法変動に応じて、絶縁部材４２が回転防止溝部５９に沿って高さ方向に自由に可動できるように余裕をもった回転防止溝部５９の長さが設定されている。
　さらに、回転防止突起部４２ａおよび回転防止溝部５９は、幅方向の寸法が略同一となるように設定されている。
　このように構成された超音波振動子２は、図２８および図２９に示すように、絶縁部材４２の２つの回転防止突起部４２ａのそれぞれがケース本体５２の２つの回転防止溝部５９に嵌まり込むことで、絶縁部材４２のケース本体５２の中心軸回りの回転が規制される。
　そのため、絶縁部材４２は、蓋体５１がケース本体５２に螺着して締結されるときに、蓋体５１が接触して回転力が与えられても、回転防止溝部５９の壁面に当接して、ケース本体５２の中心軸回りに動くことなく、高さ方向（加圧方向）だけ可動する状態となる。
　これにより、蓋体５１からの回転力が絶縁部材４２を介して積層振動子４１および位置決め部材１００に伝達されず、位置決め部材１００に位置決めされた積層振動子４１が蓋体５１の締結方向に回転ズレを起こすことなく、積層振動子４１をケース部材５０の所定の位置に組み付けることができる。
　ここで、蓋体５１から絶縁部材４２を経由してケース本体５２に螺着して締結時に働く回転力の合力が、偶力としてケース本体５２に作用させるために、絶縁部材４２の回転防止突起部４２ａは、少なくとも２箇所、円周方向に対して等間隔に設けられることが望ましい。
　さらに、蓋体５１のケース本体５２へ螺着して締結するときに生じる回転力を分散させる意味でも、絶縁部材４２の回転防止突起部４２ａは、複数ある事が望ましい。
　なお、ケース本体５２に設けた回転防止溝部５９は、配線導出部５３または位置決め部材挿入部５４と兼用としても良い。
　このように構成された超音波振動子２は、位置決め部材１００に蓋体５１をケース本体５２に螺着して締結するときの回転力が絶縁部材４２を介して与えられることがないため、上記第１の態様～上記第３の態様と同様な作用効果を有し、位置決め部材１００の変形、絶縁部材４２の位置ズレ、カケなどが起こり難くなり、積層振動子４１が締結方向に回転ズレを起こすことなく、２つの絶縁部材４２，４３および積層振動子４１からなる積層体をケース部材５０の所定の位置に組み付けることができる。
　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。
　本出願は、２０１３年７月３日に日本国に出願された特願２０１３－１３９８９０号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の内容は、特願２０１３－１３９８９０号の明細書、特許請求の範囲、および図面に引用されたものである。

Claims (9)

  1. 　複数の圧電体と複数の電極板とが積層された、外形が多角柱形状をなす積層振動子と、
    　前記積層振動子の両端に配設される絶縁部材と、
    　前記圧電振動子および前記絶縁部材を収容するケース本体と、
    　前記ケース本体の開口部に螺着して締結され、前記積層振動子および前記絶縁部材を前記ケース本体内で加圧して固定する加圧部材と、
    　前記ケース本体内において、前記積層振動子と前記絶縁部材とを前記多角柱形状に保持すると共に、前記積層振動子を前記ケース本体の内壁に非接触、且つ、前記絶縁部材の一端が前記加圧部材に接触する位置に位置決めする位置決め部材を挿入する複数の位置決め部材挿入部と、
    　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に記載の超音波振動デバイス。
  3. 　前記複数の位置決め部材挿入部は、前記ケース本体または前記加圧部材に形成された複数の開口であ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。
  4. 　前記複数の開口は、前記ケース本体の長手方向に沿って形成されたスリットであ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。
  5. 　前記複数の電極板からは、外部からの駆動電力が供給される配線に接続される複数の導出部が延設され、
    　前記複数のスリットは、前記複数の導出部を前記ケース本体の外部へ導出させる配線導出部を兼ね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. 　前記ケース本体は、筒体であって、前記ケース本体の両端開口部のそれぞれに前記加圧部材が螺着して締結されるケース部材を備え、
    　前記ケース本体への一方の前記加圧部材の螺着方向が右ネジで、他方の前記加圧部材の螺着方向が左ネジに設定されてい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。
  7. 　前記ケース本体は、外周部に外向フランジが形成された有底筒体であって、前記ケース本体に外挿されて前記外向フランジと当接する内向フランジを備えた円環部材が前記加圧部材に螺着して締結することで、前記加圧部材が前記ケース本体の開口部に接続固定され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。
  8. 　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の製造方法であって、
    　前記絶縁部材が両端に配設された前記積層振動子を前記ケース本体の内壁に非接触の位置に収容し、
    　前記ケース本体の前記複数の位置決め部材挿入部に、先端にＶ字溝が形成された複数の位置決め部材を挿入して、前記絶縁部材および前記積層振動子からなる積層体の対角する角部に前記位置決め部材の前記Ｖ字溝を当て付けて、前記積層体を前記ケース本体内で前記多角柱形状に保持した状態で位置決めし、
    　前記加圧部材をケース本体に螺着して締結して、前記加圧部材と前記ケース本体の底部によって前記積層体を加圧して固定し、
    　前記複数の位置決め部材を位置決め部材挿入部から退避されて取り外すことを特徴とする超音波振動デバイスの製造方法。
  9. 　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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