JP2014011737A - Ultrasonic vibration device, ultrasonic vibration device manufacturing method, and ultrasonic medical equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波振動を励振する超音波振動デバイス、この超音波振動デバイスの製造方法、超音波振動デバイスを備えた超音波医療装置に関する。 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.
近年、超音波医療装置には、例えば、腹腔鏡下外科手術において、止血/切開に用いられ、超音波振動による摩擦/発熱を利用した超音波処置具があり、この超音波処置具には超音波振動を発生させる超音波振動子が設けられている。 In recent years, ultrasonic medical devices include, for example, ultrasonic treatment tools that are used for hemostasis / incision in laparoscopic surgery and that use friction / fever caused by ultrasonic vibration. An ultrasonic transducer that generates sonic vibrations is provided.
腹腔鏡下手術では、人体内で手術をおこなうことから、スペースが小さいため、そこで使用される機器は小型であるものが求められている。一方、止血/切開をおこなうためには、ハイパワーの超音波振動が必要とされる。そのため、小型の超音波振動子をハイパワーで駆動する際に発生する超音波振動子の温度上昇により、人体を火傷させてしまうなどの損傷を与えるという虞がある。また、プローブ先端内部に超音波振動子が収められることから、超音波振動子からの熱が逃げにくくなり、駆動時の振動特性を劣化させてしまうという問題も考えられる。 In laparoscopic surgery, since the operation is performed in the human body, the space used is small, so that the equipment used there is required to be small. On the other hand, in order to perform hemostasis / incision, high-power ultrasonic vibration is required. For this reason, there is a concern that the temperature rise of the ultrasonic vibrator that occurs when the small ultrasonic vibrator is driven with high power may cause damage such as burns on the human body. In addition, since the ultrasonic transducer is housed inside the probe tip, heat from the ultrasonic transducer is difficult to escape and the vibration characteristics during driving may be degraded.
そこで、超音波振動子の材質を、従来から使用されてきたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)に変えて駆動時の発熱が小さく、圧電特性の温度特性が良好な圧電単結晶へ変えた技術がある。例えば、特許文献1には、積層圧電超音波発生素子の振動子材質として、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)の代替として、耐熱性を備えて非鉛である圧電単結晶を利用した積層圧電単結晶超音波発生素子が開示されている。この特許文献1の積層圧電単結晶超音波発生素子は、ペロブスカイト化合物から構成される圧電単結晶振動子が用いられている。
Therefore, there is a technology that changes the material of the ultrasonic transducer to PZT (lead zirconate titanate), which has been used in the past, to a piezoelectric single crystal with low heat generation during driving and good temperature characteristics of piezoelectric characteristics. is there. For example,
特許文献1では、ABO3型ペロブスカイト構造から構成される単結晶を金属材料を用いて2枚以上張り合わせ、加熱して接着した後で、分極した積層圧電単結晶超音波発生素子の技術が開示されている。さらに、特許文献1では、2枚以上のABO3型ペロブスカイト構造から構成される単結晶を金属材料を介して張り合わせたことにより、電気機械結合係数を、その単結晶単体の電気機械結合係数よりも大きな値にした積層圧電単結晶超音波発生素子も開示されている。そして、特許文献1では、積層圧電超音波発生素子を超音波プローブに用いる技術も開示されている。
この特許文献1の技術においては、例えば、矩形の圧電単結晶素子に金属電極を焼成した後、2枚以上の金属電極つき圧電単結晶素子を貼り合わせて熱処理をおこなうことによって接合させ、積層圧電超音波素子を製作している。この方法により、基本的な構造は、変えず、従来のPZTによる積層圧電超音波発生素子と比較して接合強度および電気機械結合係数を向上させることができるようにしている。
In the technique of this
しかしながら、圧電単結晶素子は、従来から積層圧電超音波発生素子の振動子として使用されてきたPZTと比較してインピーダンスが高いため、高出力駆動時には高い電圧が必要となり、電極間の沿面放電が発生して短絡する可能性がある。 However, since the piezoelectric single crystal element has a higher impedance than PZT that has been used as a vibrator of a conventional multilayer piezoelectric ultrasonic wave generation element, a high voltage is required for high output driving, and creeping discharge between the electrodes is not generated. It may occur and short circuit.
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐熱性を備え、且つ非鉛の構成において、電極間の沿面放電を防ぐようにして電極間の短絡を防止した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を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and is provided with heat resistance, and in a lead-free configuration, ultrasonic vibration that prevents a short-circuit between electrodes by preventing creeping discharge between the electrodes. An object of the present invention is to provide a device, a method for manufacturing the ultrasonic vibration device, and an ultrasonic medical apparatus including the ultrasonic vibration device.
本発明における一態様の超音波振動デバイスは、積層された複数の圧電単結晶板と、前記圧電単結晶板の表裏面積よりも小さな面積を有して前記複数の圧電単結晶板間に介装された複数の電極板と、前記複数の電極板正電極同士または負電極同士を電気的に接続する通電部と、前記圧電単結晶板の表裏面の縁辺から中心に向かって所定の長さだけ前記電極板が設けられていない平面領域と、を備えている。 An ultrasonic vibration device according to an aspect of the present invention includes a plurality of stacked piezoelectric single crystal plates and an area between the plurality of piezoelectric single crystal plates having an area smaller than the front and back areas of the piezoelectric single crystal plates. A plurality of electrode plates, a current-carrying part that electrically connects the plurality of positive electrode plates or the negative electrodes, and a predetermined length from the front and back edges of the piezoelectric single crystal plate toward the center. A planar region in which the electrode plate is not provided.
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、積層された複数の圧電単結晶板と、前記圧電単結晶板の表裏面積よりも小さな面積を有して前記複数の圧電単結晶板間に介装された複数の電極板と、前記複数の電極板正電極同士または負電極同士を電気的に接続する通電部と、前記圧電単結晶板の表裏面の縁辺から中心に向かって所定の長さだけ前記電極板が設けられていない平面領域と、を備えた超音波振動デバイスの製造方法であって、前記複数の圧電単結晶板と前記複数の電極板を積層して圧電単結晶板ブロックを成形した後、加工治具により積層振動子の寸法に合わせて、前記圧電単結晶板ブロックの外周部を一括研磨加工する。 The ultrasonic vibration device manufacturing method according to one aspect of the present invention includes a plurality of piezoelectric single crystal plates stacked, and the plurality of piezoelectric single crystals having an area smaller than a front and back area of the piezoelectric single crystal plate. A plurality of electrode plates interposed between the plates, a current-carrying portion that electrically connects the plurality of electrode plate positive electrodes or the negative electrodes, and from the edge of the front and back surfaces of the piezoelectric single crystal plate toward the center An ultrasonic vibration device manufacturing method comprising: a planar region in which the electrode plate is not provided for a predetermined length, wherein the plurality of piezoelectric single crystal plates and the plurality of electrode plates are stacked. After the crystal plate block is formed, the outer peripheral portion of the piezoelectric single crystal plate block is collectively polished by a processing jig in accordance with the dimensions of the laminated vibrator.
さらに、本発明における一態様の超音波医療装置は、積層された複数の圧電単結晶板と、前記圧電単結晶板の表裏面積よりも小さな面積を有して前記複数の圧電単結晶板間に介装された複数の電極板と、前記複数の電極板正電極同士または負電極同士を電気的に接続する通電部と、前記圧電単結晶板の表裏面において、外周縁辺から中心に向かって所定の長さだけ前記電極板が設けられていない平面領域と、を備える超音波振動デバイスと、前記超音波振動デバイスで発生した超音波振動が伝達され生体組織を処置するプローブ先端部と、を具備する。 Furthermore, an ultrasonic medical device according to an aspect of the present invention includes a plurality of laminated piezoelectric single crystal plates, and an area smaller than the front and back areas of the piezoelectric single crystal plates, and between the plurality of piezoelectric single crystal plates. Predetermined from the outer peripheral edge side to the center on the front and back surfaces of the plurality of interposed electrode plates, the plurality of electrode plate positive electrodes or the negative electrodes, and the front and back surfaces of the piezoelectric single crystal plate. An ultrasonic vibration device comprising a plane region on which the electrode plate is not provided for the length of the probe, and a probe tip for treating the living tissue to which ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibration device is transmitted. To do.
本発明によれば、耐熱性を備え、且つ非鉛の構成において、電極間の沿面放電を防ぐようにして電極間の短絡を防止した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を提供することができる。 According to the present invention, an ultrasonic vibration device that has a heat resistance and has a lead-free configuration and prevents a short-circuit between electrodes by preventing creeping discharge between the electrodes, a method for manufacturing the ultrasonic vibration device, An ultrasonic medical apparatus provided with an acoustic vibration device can be provided.
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。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the drawings based on each embodiment are schematic, and the relationship between the thickness and width of each part, the thickness ratio of each part, and the like are different from the actual ones. It should be noted that the drawings may include portions having different dimensional relationships and ratios between the drawings.
図1は、超音波医療装置の全体構成を示す断面図、図2は振動子ユニットの全体の概略構成を示す図、図3は他の態様の超音波医療装置の全体構成を示す断面図、図4は超音波振動子の構成を示す斜視図、図5は超音波振動子の構成を示す側面図、図6は積層振動子の構成を示す斜視図、図7は積層振動子の構成を示す側面図、図8は図7のVIII−VIII断面図、図9は圧電単結晶板と電極板の構成を示す平面図、図10は変形例の積層振動子の構成を示す断面図、図11は変形例の積層振動子の構成を示す斜視図、図12は圧電単結晶板と電極板の構成を示す断面図、図13は圧電単結晶板の厚さと電極板が設けられていない平面領域の長さの割合に対する静電容量の変化を示すグラフ、図14は変形例の積層振動子の構成を示す斜視図、図15〜図17は変形例の積層振動子の構成を示す断面図、図18は絶縁コーティングされた積層振動子の構成を示す斜視図、図19は絶縁コーティングされた積層振動子の構成を示す断面図、図20は圧電単結晶板ブロックを示す断面図、図21は圧電単結晶板ブロックを研磨加工する加工治具を示す斜視図、図22は加工された積層振動子を示す断面図、図23は絶縁コーティングされた積層振動子を示す断面図である。 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an ultrasonic medical device, FIG. 2 is a diagram showing an overall schematic configuration of a transducer unit, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an ultrasonic medical device according to another aspect. 4 is a perspective view showing the configuration of the ultrasonic transducer, FIG. 5 is a side view showing the configuration of the ultrasonic transducer, FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the laminated transducer, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 7, FIG. 9 is a plan view showing the structure of the piezoelectric single crystal plate and the electrode plate, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the laminated vibrator of the modification. 11 is a perspective view showing the configuration of the laminated vibrator of the modified example, FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the piezoelectric single crystal plate and the electrode plate, and FIG. 13 is a plane in which the thickness of the piezoelectric single crystal plate and the electrode plate are not provided. 14 is a graph showing the change in capacitance with respect to the ratio of the region length, and FIG. FIGS. 15 to 17 are cross-sectional views showing the configuration of a modified laminated vibrator, FIG. 18 is a perspective view showing the structure of a laminated vibrator with insulation coating, and FIG. 19 is the construction of a laminated vibrator with insulation coating. 20 is a cross-sectional view showing a piezoelectric single crystal plate block, FIG. 21 is a perspective view showing a processing jig for polishing the piezoelectric single crystal plate block, and FIG. 22 is a cross-section showing a processed laminated vibrator. FIG. 23 and FIG. 23 are cross-sectional views showing a laminated vibrator having an insulating coating.
(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。
(Ultrasonic medical device)
An ultrasonic
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。
The handle unit 4 includes an
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。
A
可動ハンドル11の上端部には、略U字状の連結アーム16が設けられている。また、挿入シース部8は、外套管7と、この外套管7内に軸方向に移動可能に挿通された操作パイプ17とを有する。外套管7の基端部には、先端側部分よりも大径な大径部18が形成されている。この大径部18の周囲に回転ノブ12が装着されるようになっている。
A substantially U-shaped connecting
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。
A ring-shaped
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時計回り方向に回動される。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。
Further, the proximal end portion of the
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。
In this state where the living tissue is gripped, electric power is supplied from the ultrasonic power source to the
(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。
(Vibrator unit)
Here, the
As shown in FIG. 2, the
超音波振動子2は、超音波振動子の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(Ti−6Al−4V)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、基端外周部に外向フランジ33が形成されている。なお、ここでホーン32の形状は円錐形状に限るものではなく、先端側に向かうに従って外径が指数関数的に細くなる指数形状や、先端側に向かうに従って段階的に細くなるステップ形状などであってもよい。
The
プローブ6は、例えば64Ti(Ti−6Al−4V)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。なお、プローブ6は、プローブ本体34とホーン32とが螺着されており、プローブ本体34とホーン32が接合される。
The
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。
The ultrasonic vibration generated by the
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弾性部材でリング状に形成された間隔をあけて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。
In addition, two
また、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。なお、振動子ユニット3は、超音波振動を発生させる超音波振動子2、発生した超音波振動を増幅させるホーン32および増幅された超音波振動を伝達するプローブ6を備えている。
Further, the
なお、超音波振動子2と振動子ユニット3は、必ずしも図1に示したように操作部本体9内に収納されている必要はなく、例えば、図3に示すように操作パイプ19内に収納されていてもよい。この図3の超音波医療装置1において、超音波振動子2の折れ止52から操作部本体9の基部に配設されたコネクタ38までの間にある電気ケーブル36は金属パイプ37の中に挿通されて収納されている。ここで、コネクタ38は、必須ではなく、電気ケーブル36を操作部本体9内部まで延長し、直接超音波振動子2の折れ止52に接続する構成であってもよい。超音波医療装置1は、図3のような構成により、操作部本体9内を、より省スペース化を向上することができる。なお、図3の超音波医療装置1としての機能は、図1と同様であるので詳細な説明は省略する。
Note that the
(超音波振動子)
ここで、本発明の超音波振動デバイスとしての超音波振動子2について以下に説明する。
振動子ユニット3の超音波振動子2は、図4および図5に示すように、先端から順に振動伝達部材の1つであるプローブ本体34に螺着などされて接続されたホーン32と、このホーン32の後方に連設された積層振動子41と、ホーン32の基端から電気ケーブル36まで積層振動子41を覆うカバー体51と、を有して構成されている。なお、積層振動子41を覆うカバー体51は、基端部分に2つの電極片47,48と電気的に接続された電気ケーブル36の配線36a,36bを覆う折れ止52を有している。
(Ultrasonic transducer)
Here, the
As shown in FIGS. 4 and 5, the
積層振動子41は、円板状の絶縁板42,43が前後に配設され、前方側が絶縁版42を介してホーン32と一体形成された円柱状の金属ブロック体としてのフロントマス39に接合され、後方側が絶縁板43を介して円柱状の金属ブロック体としてのバックマス44に接合されている。なお、フロントマス39およびバックマス44は、ジェラルミン、あるいは、例えば、64Ti(Ti−6Al−4V)などのチタン合金によって形成されている。
The
積層振動子41は、図6〜図8に示すように、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から形成された、複数、ここでは3つの圧電単結晶板61が積層されている。これらの圧電単結晶板61の間には、例えば、金などの金属膜が蒸着などによって形成された円板状の電極板(層)62,63が交互に介装されている。なお、電極板(層)62,63は、圧電単結晶板61の表裏面へ金属膜を蒸着する構成に限定されることなく、金属箔、金属板などとしてもよい。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
これら電極板62,63は、圧電単結晶板61の表面積に対して、所定の範囲だけ小さい面積を有している。また、各電極板62,63は、その中心が圧電単結晶板61の中心と一致するように設けられている。つまり、圧電単結晶板61は、表裏面に外周縁辺から中心に向かって所定の長さ(幅)だけ各電極板62,63が設けられていない平面領域61aを有している。
These
詳述すると、図9に示すように、圧電単結晶板61は、中心Oから半径r1を有している。この圧電単結晶板61の表裏面に設けられる各電極板62,63は、圧電単結晶板61の半径r1よりも所定の長さ短い共通の中心Oから半径r2(r1>r2)の範囲に設けられている。つまり、圧電単結晶板61は、その半径r1と各電極板62,63の半径r2との差(r1−r2)の長さだけ表裏面の外周縁辺部に各電極板62,63が設けられていない平面領域61aを有している。
More specifically, as shown in FIG. 9, the piezoelectric
このように積層振動子41は、各圧電単結晶板61の外周部分の表裏両面に各電極板62,63が設けられていない平面領域61aを有すると共に、各圧電単結晶板61の外周面61bによって各電極板62,63間に所定の沿面距離を確保することで、高出力駆動時(高電圧)に各電極板62,63間での沿面放電による短絡を防止することができる。
As described above, the
また、各電極板62,63には、通電部として断面略コの字状の金属部品である2つの電極片65,66の端部が半田、導電性接着剤などによって電気的に接合されている。これら2つの電極片65,66は、ここでは積層振動子41の側周部において、互いが短絡しないように略対称となる位置に配設されている。そして、2つの電極片65,66は、正電極同士および負電極同士が導通するよう積層振動子41の前後方向に対して一方の電極板62同士と他方の電極板63同士とをそれぞれ接続している。
なお、ここで、各電極板62と電極片65は一体で形成された金属部品であっても構わない。同様に、各電極板63と電極片66も一体で形成された金属部品であっても構わない。
In addition, the end portions of two
Here, each
つまり、電極板62または電極板63によって正電極または負電極が区分けされ、2つの電極片65,66が積層振動子41の各電極板62,63による正電極部同士または負電極部同士を電気的に接続する。なお、これら2つの電極片47,48は、電気ケーブル36の配線36a,36bと半田や導電性接着剤により溶着接合されて電気的に接続されている(図4および図5参照)。
That is, the positive electrode or the negative electrode is divided by the
なお、積層振動子41は、図10に示すように、各圧電単結晶板61および各電極板62,63の側周面と、各電極片65,66と、の間に絶縁材67を充填することで、各電極片65,66から各電極板62,63への放電も防止することができる。また、このように絶縁材67を設けることで、各電極片65,66に変えて、一方の電極板62同士と他方の電極板63同士とをそれぞれ電気的に接続する導電性接着剤を絶縁材67の表面に形成する配線構成としてもよい。
In the
さらに、積層振動子41は、図11に示すように、各電極板62,63への放電防止のため、各電極片65,66に変えて、絶縁体の外皮に被覆された2つのケーブル68,69によって、各電極板62,63による正電極部同士または負電極部同士を電気的に接続する構成としてもよい。なお、各ケーブル68,69の心線は、各電極板62,63に半田、導電性接着剤などのろう接部68a,69aにより電気的に接続される。
Further, as shown in FIG. 11, the
ところで、圧電単結晶板61の表裏面の外周縁辺部に各電極板62,63が設けられていない平面領域61aを含んだ圧電単結晶板61の外周部分に関して、図12に示すように、圧電単結晶板61の板厚(厚さ)をdとし、圧電単結晶板61を挟む一対の電極板62,63のそれぞれの端部から積層方向に対して直交する方向の圧電単結晶板61の厚さdと同じ距離をとったときに形成される、各辺の長さdを有する図中破線で示す正方形の内部に圧電単結晶板61の平面領域61aを含む外周端部分が収まるようになっている。即ち、圧電単結晶板61の平面領域61aの長さLは、圧電単結晶板61の板厚の長さd以下(L≦d)となっている。
By the way, regarding the outer peripheral portion of the piezoelectric
これは、図13のグラフに示すように、圧電単結晶板61は、その厚さdに対して平面領域61aの長さLの割合が100%までは、各電極板62,63が設けられていない外周部分も各電極板62,63が設けられた部分と同様に有効な振動を励起させることができる。即ち、図13のグラフに示すように、圧電単結晶板61は、その厚さdに対して平面領域61aの長さLの割合が100%を越えると、静電容量の増加が飽和する。
As shown in the graph of FIG. 13, the piezoelectric
したがって、圧電単結晶板61は、その厚さdに対する平面領域61aの長さLの割合が100%になるまでは、各電極板62,63が設けられていない外周部分すべてが誘電体として働いている。しかし、圧電単結晶板61は、沿面距離を伸ばすために、平面領域61aの長Lさを伸ばしても、厚さdに対して100%よりも先の部分が誘電体として働いていないということになる。換言すると、誘電体として働いていない圧電単結晶板61の外周部分は、振動子としても働いていない不要な部分ということになり、さらに振動子としての性能を阻害する(負荷となる)ため、厚さdに対して100%以下の長さとすることが最良となる。
Therefore, in the piezoelectric
これにより、積層振動子41は、圧電単結晶板61の厚さdを1辺として形成される正方形部分内に各電極板62,63が設けられていない外周部分を収めることで、この外周部分も各電極板62,63がある部分と同様に有効な振動を励起し、外周部分が負荷となることによる不要振動の発生が起こらないようにすることができる。なお、圧電単結晶板61は、平面領域61aの長Lさを厚さdに近づけることで、各電極板62,63間の沿面距離がより長くとれるため、高出力駆動時(高電圧)に沿面放電を防ぐことが可能となる。
Thereby, the
以上の説明から、本実施の形態の積層振動子41は、耐熱性を備え、且つ非鉛の圧電単結晶板61を用いて、高い電圧が印加される各電極板62,63間の沿面距離を確保することで、各電極板62,63間の沿面放電を防ぐようにして短絡を防止している。
From the above description, the
また、圧電単結晶板61は、図14および図15に示すように、圧電単結晶板61の外周部分を断面円弧状(R形状)とした外周面61bとして、各電極板62,63間の沿面距離がさらに長くなるようにしてもよい。さらに、圧電単結晶板61の外周部分の断面形状は、例えば、図16に示すように角部を面取りした外周面61bとしてもよいし、図17に示すように複数の凹凸を形成した外周面61bとしてもよい。
Further, as shown in FIGS. 14 and 15, the piezoelectric
なお、これら圧電単結晶板61の構成でも、上述したように、圧電単結晶板61の平面領域61aの長さLを圧電単結晶板61の板厚の長さd以下(L≦d)として、各辺の長さdを有する正方形の内部に圧電単結晶板61の外周端部分が収まるようになっている。
Even in the configuration of the piezoelectric
これらの構成により、圧電単結晶板61の外周部の形状を断面円弧形状または面取りした場合、圧電単結晶板61の外周端部に直角の角部がなくなることによって機械的強度の向上が期待できる。また、圧電単結晶板61の外周部に複数の凸形状を形成した場合、各電極板62,63間の沿面距離を可能な限り延ばすことが可能となる。
With these configurations, when the shape of the outer peripheral portion of the piezoelectric
また、図18および図19に示すように、圧電単結晶板61および各電極板62,63を積層することにより構成された積層振動子41の外周部分を絶縁性の高い樹脂コーティング71によって覆ってもよい。
Further, as shown in FIGS. 18 and 19, the outer peripheral portion of the
ここでのコーティングに使用される樹脂は、絶縁性が高く誘電率が低いものが望ましい。例えば、パリレン(登録商標:パラキシリレン系ポリマー)などは、エポキシ樹脂と比較して、誘電率が半分程度であり、コーティング装置を使用して蒸着(常温環境下)によりコーティングが可能である(耐電圧:約5000V/25um、耐熱:450℃程度)。そのため、積層振動子41を作製する際は、圧電単結晶板61および各電極板62,63を積層して各電極片65,66を接続した後、積層振動子41の外周部に蒸着によってパリレンをコーティング処理する。
The resin used for the coating is preferably a resin having a high insulating property and a low dielectric constant. For example, parylene (registered trademark: paraxylylene polymer) has a dielectric constant of about half that of epoxy resin, and can be coated by vapor deposition (in a room temperature environment) using a coating apparatus (withstand voltage). : About 5000V / 25um, heat resistance: about 450 ° C). Therefore, when the
この構成によれば、積層振動子41は、各電極板62,63および各電極片65,66の絶縁性が向上するとともに、圧電単結晶板61の外周部分の凹凸に樹脂コーティング71が埋まり保護されるため機械的強度も増すという利点がある。
According to this configuration, in the
ところで、積層振動子41を製作する工程は、圧電単結晶板61および各電極板62,63をすべて積層した後、所定の寸法に合わせて圧電単結晶板61の外周面61bおよびこの外周部分に平面領域61aが形成されるように各電極62,63の不要な部分を一括で研磨加工するようにしてもよい。
By the way, in the process of manufacturing the
具体的には、図20に示すように、圧電単結晶板61および各電極板62,63を積層した圧電単結晶板ブロック75を作っておく。そして、図21に示すように、圧電単結晶板ブロック75における積層された圧電単結晶板61および各電極板62,63を積層振動子41の形状寸法に合わせた加工治具80を回転させて圧電単結晶板ブロック75の外周部を一括研磨加工する。
Specifically, as shown in FIG. 20, a piezoelectric single
このとき、加工治具80および圧電単結晶板ブロック75の回転軸は、固定されており、加工治具80の加工刃81が軸82周りに高速回転され、圧電単結晶板ブロック75が加工治具80よりも低速回転される。そして、図22に示すように、圧電単結晶板61および各電極板62,63が所定の寸法に研磨加工された積層振動子41は、ここでは図示しない各電極片65,66が取り付けられ、図23に示すように、樹脂コーティング71される。
At this time, the rotating shafts of the
このように予め圧電単結晶板ブロック75を成形しておき、加工治具80により積層振動子41の寸法に合わせて外周部を一括で研磨加工することにより、加工工数を減らすことが可能となるため、低コスト化が図れる。
In this way, the piezoelectric single
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。 The invention described in the above-described embodiment is not limited to the embodiment and modifications, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
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。 For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, 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.
1…超音波医療装置
2…超音波振動子
3…振動子ユニット
4…ハンドルユニット
5…操作部
6…プローブ
7…外套管
8…挿入シース部
9…操作部本体
10…固定ハンドル
11…可動ハンドル
12…回転ノブ
13…スリット
14…ハンドルストッパ
15…ハンドル支軸
16…連結アーム
17…操作パイプ
18…大径部
19…操作パイプ
20…スライダ
22…固定リング
23…把持部
30…先端処置部
31…先端部
32…ホーン
33…外向フランジ
34…プローブ本体
35…ゴムライニング
36…電気ケーブル
36a,36b…配線
37…金属パイプ
38…コネクタ
39…フロントマス
41…積層振動子
42,43…絶縁板
44…バックマス
47,48…電極片
51…カバー体
52…折れ止
61…圧電単結晶板
61a…平面領域
61b…外周面
62,63…電極板
65,66…電極片
67…絶縁材
68,69…ケーブル
68a,69a…ろう接部
71…樹脂コーティング
75…圧電単結晶板ブロック
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記圧電単結晶板の表裏面積よりも小さな面積を有して前記複数の圧電単結晶板間に介装された複数の電極板と、
前記複数の電極板の正電極同士または負電極同士を電気的に接続する通電部と、
前記圧電単結晶板の表裏面において、外周縁辺から中心に向かって所定の長さだけ前記電極板が設けられていない平面領域と、
を備えていることを特徴とする超音波振動デバイス。 A plurality of laminated piezoelectric single crystal plates;
A plurality of electrode plates having an area smaller than the front and back area of the piezoelectric single crystal plate and interposed between the plurality of piezoelectric single crystal plates;
A current-carrying portion that electrically connects positive electrodes or negative electrodes of the plurality of electrode plates;
On the front and back surfaces of the piezoelectric single crystal plate, a planar region in which the electrode plate is not provided for a predetermined length from the outer peripheral edge toward the center;
An ultrasonic vibration device comprising:
前記複数の圧電単結晶板と前記複数の電極板を積層して圧電単結晶板ブロックを成形した後、加工治具により積層振動子の寸法に合わせて、前記圧電単結晶板ブロックの外周部を一括研磨加工することを特徴とする超音波振動デバイスの製造方法。 The method for manufacturing the ultrasonic vibration device according to any one of claims 1 to 6,
After forming the piezoelectric single crystal plate block by laminating the plurality of piezoelectric single crystal plates and the plurality of electrode plates, the outer peripheral portion of the piezoelectric single crystal plate block is adjusted according to the dimensions of the laminated vibrator by a processing jig. A method for manufacturing an ultrasonic vibration device, characterized by performing batch polishing.
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。 The ultrasonic vibration device according to any one of claims 1 to 6,
A probe tip for treating a living tissue through transmission of ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibration device;
An ultrasonic medical device comprising:
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2012148707A JP2014011737A (en) | 2012-07-02 | 2012-07-02 | Ultrasonic vibration device, ultrasonic vibration device manufacturing method, and ultrasonic medical equipment |
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