JP6326275B2 - 超音波振動子及び超音波医療装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を励振する超音波振動子及び超音波医療装置に関する。

超音波振動子として、圧電セラミックなどの圧電振動子をその両側から金属ブロックで挟んで固定したランジュバン振動子と呼ばれる超音波振動子がある。ランジュバン振動子は、金属ブロックの共振現象を利用して全体の固有周波数にて素子全体を振動させることにより、効率の良い超音波振動を発生することのできる素子である。一般にランジュバン振動子は、圧電振動子と金属ブロックとの間の接合を、接着剤による固定、もしくはボルトによる締め付け固定を行う構造としている。

しかしながら、効率良く振動を伝達するために圧電素子と金属ブロックをハンダ等のロウ材で接合する場合、接合部分を高温にするプロセスを必要とする。すると、圧電素子と金属ブロックの熱膨張係数は異なるので、接合部分に応力が生じる。

ここで本実施形態の応力緩和について参考例を用いて説明する。

図１１は、超音波振動子１０１の金属ブロック１０２と圧電素子１０３の接合部分の参考例を示す。図１１（ａ）は、接合材１０４としてのハンダを溶融させた高温での接合プロセス時の金属ブロック１０２と圧電素子１０３の状態を示す。図１１（ｂ）は、接合されていない場合の接合プロセス後の冷却時の金属ブロック１０２と圧電素子１０３の仮の状態を示す。図１１（ｃ）は、接合プロセス後の冷却時の金属ブロック１０２と圧電素子１０３の実際の状態を示す。図１１（ｄ）は、金属ブロック１０２と圧電素子１０３が変形してしまった場合を示す。なお、この図１１においては、本来であれば圧電素子１０３が複数枚積層されている構造であるが、説明の簡単のため、１枚のみを図示しているものとする。

図１１に示す参考例では、圧電素子１０３の熱膨張係数α３が金属ブロック１０２の熱膨張係数α２よりも小さい場合について説明する。図１１（ａ）に示すように、高温での接合プロセス時には、接合材１０４が溶融し、圧電素子１０３と金属ブロック１０２には、応力がかかっていないとする。

図１１（ａ）に示す状態から接合されていない圧電素子１０３と金属ブロック１０２を室温に冷却した場合、圧電素子１０３の熱膨張係数α３が金属ブロック１０２の熱膨張係数α２よりも小さいので、図１１（ｂ）に示すように、圧電素子１０３の収縮が金属ブロック１０２よりも小さくなる。すなわち、金属ブロック１０２の収縮が圧電素子１０３よりも大きい。

実際には、圧電素子１０３と金属ブロック１０２は接合されているので、小さい熱膨張係数α３を有する圧電素子１０３には圧縮応力、大きい熱膨張係数α２を有する金属ブロック１０２には引張応力が発生する。これらがうまく釣り合えば図１１（ｃ）に示すように均等な形状となる。

しかしながら、３次元での応力を考慮すると、厚さ方向においても、金属ブロック１０２は圧電素子１０３よりも大きく縮むので、図１１（ｄ）に示すように、圧電素子１０３が外周側で金属ブロック１０２に引っ張られるように変形してしまうおそれがあった。

そこで、圧電振動子の上下の両面に設けられた電極に接着剤により接合される各金属ブロックの接合平面に、格子状の溝もしくは複数の窪みを設けることで、駆動中に生じる剪断歪みの発生の抑制や接合平面での誘電損失の低下を図り、その結果として駆動時の温度上昇を小さくして圧電振動子でのクラックの発生を防ぎ、また振動モードを安定化させる超音波振動体が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１２８８７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の超音波振動子では、接着剤等の接合材料の内部に泡が混入する場合があり、振動伝達効率が低下してしまうおそれがあった。

本発明にかかる実施形態は、応力を低減し、振動伝達効率が良好な超音波振動子及び超音波医療装置を提供することにある。

本発明のある態様に係る超音波振動子は、２つの金属ブロックと、前記金属ブロックの間に積層される複数の圧電素子と、前記金属ブロックと前記圧電素子及び前記圧電素子同士を接合する接合材と、前記金属ブロックとは異なる熱膨張係数を有し、前記金属ブロックの前記圧電素子との接合平面側の端部に形成される切欠部に設けられる異種材料部と、を備えることを特徴とする。

本発明のある態様に係る超音波医療装置は、前記超音波振動子と、前記超音波振動子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。

本発明にかかる実施形態によれば、応力を低減し、振動伝達効率が良好な超音波振動子及び超音波医療装置を提供することが可能となる。

本実施形態の超音波振動子を示す。 第１実施形態の超音波振動子の金属ブロックを示す。 第１実施形態の超音波振動子の金属ブロックと圧電素子の接合部分を示す。 第１実施形態の超音波振動子の異種材料部の形状の例を示す。 第２実施形態の超音波振動子の金属ブロックを示す。 第２実施形態の超音波振動子の金属ブロックと圧電素子の接合部分を示す。 第２実施形態の超音波振動子の異種材料部の形状の例を示す。 本実施形態に係る超音波医療装置の全体構成を示す。 本実施形態に係る超音波医療装置の振動子ユニットの全体の概略構成を示す。 本実施形態に係る超音波医療装置の他の態様の超音波医療装置の全体構成を示す。 金属ブロックと圧電素子の接合部分の参考例を示す。

以下、本実施形態の超音波振動子１について説明する。

図１は、本実施形態の超音波振動子１を示す。図１（ａ）は、接合前の本実施形態の超音波振動子１を示す。図１（ｂ）は、接合後の本実施形態の超音波振動子１を示す。

本実施形態の超音波振動子１は、図１（ａ）に示すように、２つの金属ブロック２と、金属ブロック２の間に積層される複数の圧電素子３と、金属ブロック２と圧電素子３及び圧電素子３同士を接合する接合材４と、金属ブロック２とは異なる熱膨張係数を有し、金属ブロック２の圧電素子３との接合平面側の端部に形成される切欠部２ｂに設けられる異種材料部５と、を備える。

金属ブロック２と圧電素子３及び圧電素子３同士は、接合材４によって、図１（ｂ）に示すように、密着して接合される。接合は、接合材４が溶融する温度に加熱した後、冷却させればよい。

本実施形態の超音波振動子１の各材料について説明する。

圧電素子３には、キュリー点の高い単結晶のニオブ酸リチウムを用いる。例えば、圧電素子３の厚み方向の電気機械結合係数が大きくなるように、３６度回転Ｙカットと呼ばれる結晶方位のニオブ酸リチウムウエハを用いることが好ましく、ニオブ酸リチウムと非鉛ハンダとの濡れ性、密着性がよくなるように、ニオブ酸リチウムウエハの表裏面にＴｉ／Ｐｔ、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ等の下地金属が成膜された後、ダイシング等により矩形に切り出して作成される。接合材４には、キュリー点より低い融点、好ましくはキュリー点の半分以下の融点を有する非鉛ハンダを用いる。しかしながら、ハンダを接合材料として用いて、ハンダの供給方法をハンダペレットとする場合、凹凸形状のある部分を気泡なく接合することは困難であった。そのため、圧電素子３と金属ブロック２及び異種材料部５の接合部は、平面で構成することが好ましい。

金属ブロック２及び異種材料部５は、ジュラルミン等のアルミニウム合金、６４Ｔｉ等のチタン合金、純チタン、ステンレス鋼、軟鋼、ニッケルクローム鋼、工具鋼、黄銅、モネルメタル等のうち、それぞれ熱膨張係数の異なる材料を使用する。

図１（ｂ）のように形成された超音波振動子１には、図示しない電気ケーブルに連結されたフレキシブル基板が側方に取り付けられ、一般の超音波振動子と同様に、積層された圧電素子３の両端及びそれぞれの間に正電極層及び負電極層が交互に取り付けられている。そして、各圧電素子３に駆動用電気信号を印加することで、超音波振動子１を駆動させることが可能となる。

図２は、第１実施形態の超音波振動子１の金属ブロック２及び異種材料部５を示す。図２（ａ）は、金属ブロック２及び異種材料部５の斜視図を示す。図２（ｂ）は、金属ブロック２及び異種材料部５の断面図を示す。図３は、第１実施形態の超音波振動子１の金属ブロック２と圧電素子３の接合部分を示す。

第１実施形態の超音波振動子１の金属ブロック２は、図１に示した圧電素子３との接合平面２ａ側の端部に切欠部２ｂが形成される。接合平面２ａは、平面に形成されることが好ましい。第１実施形態の切欠部２ｂは、図２に示すように、金属ブロック２の外側面２ｃに対して内側に削られた部分である。

切欠部２ｂには、金属ブロック２とは異なる熱膨張係数を有する異種材料部５が設けられる。第１実施形態の異種材料部５は、金属ブロック２の接合平面２ａ及び外側面２ｃと面一又は略面一に設けられることが好ましい。また、異種材料部５の寸法は、使用する材料に応じて適宜決定すればよい。

第１実施形態の超音波振動子１では、金属ブロック２の熱膨張係数α２、圧電素子３の熱膨張係数α３、及び異種材料部５の熱膨張係数α５が、少なくともα５＜α２となっており、α５＜α３＜α２の関係となるように、材料を決めることが好ましい。

金属ブロック２の内部で接合面方向にかかる応力をσ２１、圧電素子３の内部で接合面方向にかかる応力をσ３１とし、金属ブロック２の外周近傍で厚さ方向にかかる応力をσ２２、圧電素子３の外周近傍で厚さ方向にかかる応力をσ３２、異種材料部５にかかる厚さ方向の応力をσ５２とすると、第１実施形態の超音波振動子１では、図３に示すように、接合材４の溶融時から室温への冷却過程で生じる金属ブロック２の応力σ２１及び圧電素子３の応力σ３１を、異種材料部５によって低減させることが可能となる。また、異種材料部５を金属ブロック２の周囲に設けることによって、圧電素子３の外周部の厚さ方向の応力σ３２も、その大きさを低減することが可能となる。さらに、異種材料部５の構成によっては、圧電素子３の応力σ３２の方向が図１１に示した例とは逆転し、外周部の厚さ方向の応力を圧縮応力とすることが可能となる。

図４は、第１実施形態の超音波振動子１の異種材料部５の接合平面の形状の例を示す。図４（ａ）は、異種材料部５の接合平面の形状の一例を示す。図４（ｂ）は、異種材料部５の接合平面の形状の他の例を示す。

本実施形態で用いる圧電素子３の熱膨張係数α３は、単結晶のため面内方向で異方性を有する。例えば、第１実施形態では、図４における圧電素子３のｘ方向の熱膨張係数をα３ｘ、ｙ方向の熱膨張係数をα３ｙとおくと、α３ｘ＞α３ｙとする。また、金属ブロック２の熱膨張係数をα２、異種材料部５の熱膨張係数をα５とする。

図４（ａ）に示す例では、金属ブロック２の熱膨張係数α２と圧電素子３の面内方向の熱膨張率α３ｘ，α３ｙとの差は、ｘ方向よりもｙ方向の方が大きい。その結果、ｙ方向でｘ方向よりも大きな熱応力が発生するため、金属ブロック２のｙ方向の寸法２ｙに対する異種材料部５のｙ方向の寸法５ｙの割合５ｙ／２ｙを、金属ブロック２のｘ方向の寸法２ｘに対する異種材料部５のｘ方向の寸法５ｘの割合５ｘ／２ｘよりも大きくすることで、ｙ方向の応力緩和の効果を大きくすることが可能となる。

また、図４（ｂ）に示す例のように、異種材料部５の外形と内形とが異なるものであっても、金属ブロック２のｙ方向の寸法２ｙに対する異種材料部５のｙ方向の寸法５ｙの割合５ｙ／２ｙを、金属ブロック２のｘ方向の寸法２ｘに対する異種材料部５のｘ方向の寸法５ｘの割合５ｘ／２ｘよりも大きくすることで、ｙ方向の応力緩和の効果を大きくすることが可能となる。

図５は、第２実施形態の超音波振動子１の金属ブロック２及び異種材料部５を示す。図５（ａ）は、金属ブロック２及び異種材料部５の斜視図を示す。図５（ｂ）は、金属ブロック２及び異種材料部５の断面図を示す。図６は、第２実施形態の超音波振動子１の金属ブロック２と圧電素子３の接合部分を示す。

第２実施形態の超音波振動子１の金属ブロック２は、図１に示した圧電素子３との接合平面２ａ側の端部に切欠部２ｂが形成される。接合平面２ａは、平面に形成されることが好ましい。第２実施形態の切欠部２ｂは、図５に示すように、金属ブロック２の内方側に削られた部分である。

切欠部２ｂには、金属ブロック２とは異なる熱膨張係数を有する異種材料部５が設けられる。第２実施形態の異種材料部５は、金属ブロック２の接合平面２ａと面一又は略面一に設けられることが好ましい。また、異種材料部５の寸法は、使用する材料に応じて適宜決定すればよい。

第２実施形態の超音波振動子１では、金属ブロック２の熱膨張係数α２、圧電素子３の熱膨張係数α３、及び異種材料部５の熱膨張係数α５が、少なくともα２＜α５となっており、α２＜α３＜α５の関係となるように、材料を決めることが好ましい。

金属ブロック２にかかる接合平面方向の応力をσ２１、圧電素子３にかかる接合面方向の応力をσ３１、異種材料部５にかかる接合面方向の応力をσ５１として、接合材４の溶融時から室温への冷却過程を考える。この場合、圧電素子３の収縮量が金属ブロック２の収縮量より大きいため、圧電素子３の接合面方向に引張応力がかかっている。それに対して、第２実施形態の超音波振動子１では、熱膨張係数の大きい異種材料部５があり、金属ブロック２の接合面方向の収縮量が金属ブロック２と異種材料部５の合計となるため、金属ブロック２の接合面方向の収縮量が圧電素子３の収縮量に近くなる。このようにして、接合材４の溶融時から室温への冷却過程で生じる金属ブロック２及び圧電素子３の応力を、異種材料部５によって低減させることが可能となる。

図７は、第２実施形態の超音波振動子１の異種材料部５の接合平面の形状の例を示す。図７（ａ）は、異種材料部５の接合平面の形状の一例を示す。図７（ｂ）は、異種材料部５の接合平面の形状の他の例を示す。

本実施形態で用いる圧電素子３の熱膨張係数α３は、単結晶のため面内方向で異方性を有する。例えば、第２実施形態では、図７における圧電素子３のｘ方向の熱膨張係数をα３ｘ、ｙ方向の熱膨張係数をα３ｙとおくと、α３ｘ＞α３ｙとする。また、金属ブロック２の熱膨張係数をα２、異種材料部５の熱膨張係数をα５とする。

図７（ａ）に示す例では、金属ブロック２の熱膨張係数α２と圧電素子３の面内方向の熱膨張率α３ｘ，α３ｙとの差は、ｙ方向よりもｘ方向の方が大きい。その結果、ｘ方向でｙ方向よりも大きな熱応力が発生するため、金属ブロック２の外周から異種材料部５までのｘ方向の寸法５ｘとｙ方向の寸法５ｙ、および、金属ブロック２のｘ，ｙ方向の外径２ｘ，２ｙの関係を（５ｘ／２ｘ）＜（５ｙ／２ｙ）とすることで、ｘ方向の応力緩和の効果を大きくすることが可能となる。

また、図７（ｂ）に示す例のように、異種材料部５の外形と内形とが異なるものであっても、ｘ方向でｙ方向よりも大きな熱応力が発生するため、金属ブロック２の外周から異種材料部５までのｘ方向の寸法５ｘとｙ方向の寸法５ｙ、および、金属ブロック２のｘ，ｙ方向の外径２ｘ，２ｙの関係を（５ｘ／２ｘ）＜（５ｙ／２ｙ）とすることで、ｘ方向の応力緩和の効果を大きくすることが可能となる。

図８は、本実施形態に係る超音波医療装置の全体構成を示す。図９は、本実施形態に係る超音波医療装置の振動子ユニットの全体の概略構成を示す。

図８に示す、超音波医療装置１０は、主に超音波振動を発生させる超音波振動子１を有する振動子ユニット１３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１４とが設けられている。

ハンドルユニット１４は、操作部１５と、長尺な外套管１７からなる挿入シース部１８と、先端処置部４０とを備える。挿入シース部１８の基端部は、操作部１５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４０は、挿入シース部１８の先端に設けられている。ハンドルユニット１４の操作部１５は、操作部本体１９と、固定ハンドル２０と、可動ハンドル２１と、回転ノブ２２とを有する。操作部本体１９は、固定ハンドル２０と一体に形成されている。

操作部本体１９と固定ハンドル２０との連結部には、背面側に可動ハンドル２１を挿通するスリット２３が形成されている。可動ハンドル２１の上部は、スリット２３を通して操作部本体１９の内部に延出されている。スリット２３の下側の端部には、ハンドルストッパ２４が固定されている。可動ハンドル２１は、ハンドル支軸２５を介して操作部本体１９に回動可能に取り付けられている。そして、ハンドル支軸２５を中心として可動ハンドル２１が回動する動作に伴い、可動ハンドル２１が固定ハンドル２０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２１の上端部には、略Ｕ字状の連結アーム２６が設けられている。また、挿入シース部１８は、外套管１７と、この外套管１７内に軸方向に移動可能に挿通された操作パイプ２７とを有する。外套管１７の基端部には、先端側部分よりも大径な大径部２８が形成されている。この大径部２８の周囲に回転ノブ２２が装着されるようになっている。

操作パイプ２７の外周面には、リング状のスライダ３０が軸方向に沿って移動可能に設けられている。スライダ３０の後方には、コイルばね（弾性部材）３１を介して固定リング３２が配設されている。

さらに、操作パイプ２７の先端部には、把持部３３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３３は、プローブ１６の先端部４１と共に超音波医療装置１０の処置部を構成している。そして、操作パイプ２７が軸方向に移動する動作時に、把持部３３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２７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３３が支点ピンを中心に反時計回り方向に回動される。これにより、把持部３３がプローブ１６の先端部４１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３３と、プローブ１６の先端部４１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１に供給し、超音波振動子１を振動させる。この超音波振動は、プローブ１６の先端部４１まで伝達される。そして、この超音波振動を用いて把持部３３とプローブ１６の先端部４１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３は、図９に示すように、超音波振動子１と、この超音波振動子１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１６とを一体的に組み付けたものである。

超音波振動子１は、超音波振動子の振幅を増幅するホーン４２が連設されている。ホーン４２は、ジュラルミン、ステンレス鋼、または例えば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４２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４３が形成されている。なお、ここでホーン４２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。

プローブ１６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４４を有する。このプローブ本体４４の基端部側には、上述のホーン４２に連設された超音波振動子１が配設されている。このようにして、プローブ１６と超音波振動子１とを一体化した振動子ユニット１３が形成されている。なお、プローブ１６は、プローブ本体４４とホーン４２とが螺着されており、プローブ本体４４とホーン４２が接合される。

そして、超音波振動子１で発生した超音波振動は、ホーン４２で増幅されたのち、プローブ１６の先端部４１側に伝達するようになっている。プローブ１６の先端部４１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４４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４５が取り付けられている。そして、これらのゴムライニング４５によって、プローブ本体４４の外周面と後述する操作パイプ２７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１８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１６は、操作パイプ２７の内部に挿入される。このとき、ゴムライニング４５によってプローブ本体４４の外周面と操作パイプ２７との接触を防止している。

また、超音波振動子１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４６を介して電気的に接続される。この電気ケーブル４６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１に供給することによって、超音波振動子１が駆動される。なお、振動子ユニット１３は、超音波振動を発生させる超音波振動子１、発生した超音波振動を増幅させるホーン４２および増幅された超音波振動を伝達するプローブ１６を備えている。

図１０は、本実施形態に係る超音波医療装置の他の態様の超音波医療装置の全体構成を示す。

超音波振動子１と振動子ユニット１３は、必ずしも図８に示したように操作部本体１９内に収納されている必要はなく、例えば、図１０に示すように操作パイプ２７内に収納されていてもよい。この図１０の超音波医療装置１０において、超音波振動子１の折れ止６２から操作部本体１９の基部に配設されたコネクタ４８までの間にある電気ケーブル４６は金属パイプ４７の中に挿通されて収納されている。ここで、コネクタ４８は、必須ではなく、電気ケーブル４６を操作部本体１９内部まで延長し、直接超音波振動子１の折れ止６２に接続する構成であってもよい。超音波医療装置１０は、図１０のような構成により、操作部本体１９内を、より省スペース化を向上することができる。なお、図１０の超音波医療装置１０としての機能は、図８と同様であるので詳細な説明は省略する。

以上、本実施形態の超音波振動子１は、２つの金属ブロック２と、金属ブロック２の間に積層される複数の圧電素子３と、金属ブロック２と圧電素子３及び圧電素子３同士を接合する接合材４と、金属ブロック２の圧電素子３との接合平面２ａに形成される切欠部２ｂに設けられ、金属ブロック２とは異なる熱膨張係数を有する異種材料部５と、を備えるので、応力を低減し、振動伝達効率が良好な超音波振動子１を提供することが可能となる。

また、本実施形態の超音波振動子１では、異種材料部５は、金属ブロック２の外周に形成された切欠部２ｂに設けられるので、容易に形成することが可能となる。

また、本実施形態の超音波振動子１では、金属ブロック２の熱膨張係数α２及び異種材料部５の熱膨張係数α５とすると、少なくともα５＜α２の関係となるので、より応力を低減させることが可能となる。

また、本実施形態の超音波振動子１では、接合平面２ａでの所定の一方向をｘ、ｘに直交する方向をｙとすると、圧電素子３のｘ方向の熱膨張係数をα３ｘ、ｙ方向の熱膨張係数をα３ｙが、α３ｘ＞α３ｙの場合、金属ブロック２の外周から異種材料部５までのｘ方向の寸法５ｘとｙ方向の寸法５ｙ及び金属ブロックのｘ方向の寸法２ｘとｙ方向の２ｙの関係は、（５ｘ／２ｘ）＜（５ｙ／２ｙ）であるので、圧電素子３の熱膨張係数の異方性に対応して応力を低減させることが可能となる。

また、本実施形態の超音波振動子１では、異種材料部５は、金属ブロック２の内方に形成された切欠部２ｂに設けられるので、容易に形成することが可能となる。

また、本実施形態の超音波振動子１では、金属ブロック２の熱膨張係数α２、圧電素子３の熱膨張係数α３、及び異種材料部５の熱膨張係数α５とすると、少なくともα２＜α５の関係となるので、より応力を低減させることが可能となる。

また、本実施形態の超音波振動子１では、接合平面２ａでの所定の一方向をｘ、ｘに直交する方向をｙとすると、圧電素子３のｘ方向の熱膨張係数をα３ｘ、ｙ方向の熱膨張係数をα３ｙが、α３ｘ＞α３ｙの場合、金属ブロック２の外周から異種材料部５までのｘ方向の寸法５ｘとｙ方向の寸法５ｙ及び金属ブロックのｘ方向の寸法２ｘとｙ方向の２ｙの関係は、（５ｘ／２ｘ）＜（５ｙ／２ｙ）であるので、圧電素子３の熱膨張係数の異方性に対応して応力を低減させることが可能となる。

さらに、本実施形態の超音波医療装置１０は、前記超音波振動子１と、超音波振動子１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、を具備するので、応力を低減し、振動伝達効率が良好な超音波医療装置１０を提供することが可能となる。

なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えないことは理解できよう。従って、本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。

例えば、本実施形態の超音波振動子１は、金属ブロック２と圧電素子３をそれぞれ直方体に形成しているが、立方体、円柱等でもよい。また、異種材料部５は、金属ブロック２と圧電素子３の断面形状にあわせてもよいし、図４（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、別の形状でもよい。

１…超音波振動子
２…金属ブロック
３…圧電素子
４…接合部
５…異種材料部

Claims (8)

1. ２つの金属ブロックと、
   前記金属ブロックの間に積層される複数の圧電素子と、
   前記金属ブロックと前記圧電素子及び前記圧電素子同士を接合する接合材と、
   前記金属ブロックの前記圧電素子との接合平面に形成される切欠部に設けられ、前記金属ブロックとは異なる熱膨張係数を有する異種材料部と、
   を備える
   ことを特徴とする超音波振動子。
2. 前記異種材料部は、前記金属ブロックの外周に形成された前記切欠部に設けられる
   請求項１に記載の超音波振動子。
3. 前記金属ブロックの熱膨張係数α２及び前記異種材料部の熱膨張係数α５とすると、少なくともα５＜α２の関係となる
   請求項２に記載の超音波振動子。
4. 前記接合平面での所定の方向をｘ、ｘに直交する方向をｙとすると、
   前記圧電素子のｘ方向の熱膨張係数をα３ｘ、ｙ方向の熱膨張係数をα３ｙが、α３ｘ＞α３ｙの場合、前記金属ブロックの外周から前記異種材料部までのｘ方向の寸法５ｘとｙ方向の寸法５ｙ及び金属ブロックのｘ方向の寸法２ｘとｙ方向の２ｙの関係は、（５ｘ／２ｘ）＜（５ｙ／２ｙ）である
   請求項３に記載の超音波振動子。
5. 前記異種材料部は、前記金属ブロックの内方に形成された前記切欠部に設けられる
   請求項１に記載の超音波振動子。
6. 前記金属ブロックの熱膨張係数α２及び前記異種材料部の熱膨張係数α５とすると、少なくともα２＜α５の関係となる
   請求項５に記載の超音波振動子。
7. 前記接合平面での所定の方向をｘ、ｘに直交する方向をｙとすると、
   前記圧電素子のｘ方向の熱膨張係数をα３ｘ、ｙ方向の熱膨張係数をα３ｙが、α３ｘ＞α３ｙの場合、前記金属ブロックの外周から前記異種材料部までのｘ方向の寸法５ｘとｙ方向の寸法５ｙ及び金属ブロックのｘ方向の寸法２ｘとｙ方向の２ｙの関係は、（５ｘ／２ｘ）＜（５ｙ／２ｙ）である
   請求項６に記載の超音波振動子。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の超音波振動子と、
   前記超音波振動子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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