(57)【要約】  様々な超音波器具を開示する。超音波器具は、超音波トランスデューサに音響的に連結された超音波導波管を含む。超音波トランスデューサを超音波導波管に音響的に連結するための複数の技法を開示する。
2019534058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮超音波トランスデューサアセンブリであって、
開口部を画定する金属ハウジングと、
前記開口部内に配置され、かつ圧縮力によって圧縮された、少なくとも２つの圧電素子であって、Ｄ３３モードで機能するように構成された、少なくとも２つの圧電素子と、
前記開口部を閉じるように、かつ前記金属ハウジング内で前記少なくとも２つの圧電素子を圧縮状態に維持するように、前記金属ハウジングに接合された金属プラグと、を備える、圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【請求項２】
前記金属プラグを前記金属ハウジングに接合するために、溶接継手を更に備える、請求項１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【請求項３】
前記金属プラグを前記金属ハウジングに接合するために、エポキシ継手を更に備える、請求項１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【請求項４】
前記金属ハウジング及び前記金属プラグが、各々、ねじ付き端部を備え、前記金属ハウジング及び前記金属プラグが、ねじ連結されている、請求項１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【請求項５】
前記金属プラグを前記金属ハウジングに接合するために、スエージ加工継手を更に備える、請求項１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【請求項６】
前記金属ハウジングが、フォーク状の金属フレームを有する、請求項１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【請求項７】
超音波外科用器具であって、
超音波導波管と、
前記超音波導波管に装着され、かつＤ３１モードで動作するように構成された超音波トランスデューサであって、
第１の結合材料によって前記超音波導波管の第１の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第１のセラミック圧電素子、及び
前記第１の結合材料によって前記超音波導波管の第２の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第２のセラミック圧電素子であって、前記超音波導波管の前記第１の側部が、前記超音波導波管の前記第２の側部の反対側にある、第２のセラミック圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える、超音波外科用器具。
【請求項８】
第２の結合材料によって前記第１のセラミック圧電素子の第２の側部に取り付けられた第１の導電性プレートと、
前記第２の結合材料によって前記第２のセラミック圧電素子の第２の側部に取り付けられた第２の導電性プレートと、を更に備える、請求項７に記載の超音波外科用器具。
【請求項９】
前記第１の結合材料が、前記第２の結合材料と同じである、請求項８に記載の超音波外科用器具。
【請求項１０】
前記第１の結合材料が、はんだ結合材料であり、前記第２の結合材料が、導電性エポキシ結合材料である、請求項８に記載の超音波外科用器具。
【請求項１１】
前記はんだが、金属はんだ合金結合材料である、請求項８に記載の超音波外科用器具。
【請求項１２】
前記第１の結合材料が、はんだ結合材料である、請求項７に記載の超音波外科用器具。
【請求項１３】
前記はんだ材料が、金属はんだ合金結合材料である、請求項１２に記載の超音波外科用器具。
【請求項１４】
Ｄ３１モードで動作するように、前記第１のセラミック圧電素子が、前記第１のセラミック圧電素子の前記第１の側部から前記第２の側部への方向に分極軸を有し、前記第２のセラミック圧電素子が、前記第２のセラミック圧電素子の前記第１の側部から前記第２の側部への方向に分極軸を有する、請求項７に記載の超音波外科用器具。
【請求項１５】
前記超音波導波管の運動軸が、前記第１及び第２のセラミック圧電素子の前記分極軸に対して直角である、請求項１４に記載の超音波外科用器具。
【請求項１６】
前記第１及び第２の圧電素子は、前記超音波導波管の前記それぞれの第１及び第２の側部に結合する前に分極されず、前記第１及び第２の圧電素子が前記超音波導波管の前記それぞれの第１及び第２の側部に結合された後に分極される、請求項１４に記載の超音波外科用器具。
【請求項１７】
超音波外科用器具であって、
超音波導波管であって、
基部部分と、
前記基部部分の片側から延在する第１及び第２の壁と、
前記対応する第１及び第２の壁から突出する第１及び第２のレッジであって、第１の空間が、前記第１のレッジと前記基部部分との間に画定され、第２の空間が、前記第２のレッジと前記基部部分との間に画定されている、第１及び第２のレッジと、を備える、超音波導波管と、
前記超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサであって、前記第１の空間と第２の空間との間に摺動可能に配置され、かつその内部に固定された、少なくとも１つの圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える、超音波外科用器具。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられている、請求項１７に記載の超音波外科用器具。
【請求項１９】
前記第１及び第２のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記少なくとも１つの圧電素子を前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、請求項１７に記載の超音波外科用器具。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられ、前記第１及び第２のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記少なくとも１つの圧電素子を、前記結合材料と組み合わせて、前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、請求項１７に記載の超音波外科用器具。
【請求項２１】
前記超音波導波管が、
前記基部部分の反対側から延在する第３及び第４の壁と、
前記対応する第３及び第４の壁から突出する第３及び第４のレッジであって、第３の空間が、前記第３のレッジと前記基部部分との間に画定され、第４の空間が、前記第４のレッジと前記基部部分との間に画定されている、第３及び第４のレッジと、を更に備える、請求項１７に記載の超音波外科用器具。
【請求項２２】
前記超音波トランスデューサが、前記第３の空間と第４の空間との間に摺動可能に配置され、かつその内部に固定された、第２の圧電素子を更に備える、請求項２１に記載の超音波外科用器具。
【請求項２３】
前記第２の圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられている、請求項２２に記載の超音波外科用器具。
【請求項２４】
前記第３及び第４のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記第２の圧電素子を前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、請求項２２に記載の超音波外科用器具。
【請求項２５】
前記第２の圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられ、前記第３及び第４のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記第２の圧電素子を、前記結合材料と組み合わせて、前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、請求項２２に記載の超音波外科用器具。
【請求項２６】
超音波外科用器具であって、
超音波導波管と、
前記超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサと、を備え、
前記超音波導波管が、
上部プロングと、
前記超音波トランスデューサを内部に受容するように構成されたＵ字形状の開口を該上部プロングとの間に画定する、下部プロングと、を備える、音叉状のフレームを備える、超音波外科用器具。
【請求項２７】
前記音叉状のフレームの前記上部プロングが、前記超音波トランスデューサへの電気的接続のためのアクセスを提供するように、開口を画定する、請求項２６に記載の超音波器具。
【請求項２８】
前記超音波トランスデューサが、
圧電素子と、
導電性結合材料によって前記圧電素子の頂部側に取り付けられた第１の導電性プレートと、
導電性結合材料によって前記圧電素子の底頂部側に取り付けられた第２の導電性プレートと、を備える、請求項２６に記載の超音波器具。
【請求項２９】
前記第１の導電性プレートと前記上部プロングの内面との間に配置された電気絶縁性結合材料と、
前記第２の導電性プレートと前記下部プロングの内面との間に配置された導電性結合材料と、を更に備える、請求項２８に記載の超音波器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本出願は、２０１６年８月２５日に出願された米国特許仮出願第６２／３７９，５５０号の利点を主張するものであり、当該特許仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、概して、超音波外科用器具に関し、より具体的には、超音波導波管を駆動するための超音波トランスデューサに関する。中空コア及び中実コア器具の両方を含めた超音波器具が、多くの医学的状態の安全かつ有効な処置のために使用されている。超音波器具、特に中実コアの超音波器具は、超音波周波数で外科用エンドエフェクタに伝達される機械的振動形態のエネルギーを使用して、有機組織を切断及び／又は凝固するのに使用され得るため、有利である。超音波振動は、好適なエンドエフェクタを使用して好適なエネルギーレベルで有機組織に伝達されるときには、組織を切断し、解離し、持ち上げ、若しくは焼灼し、又は筋肉組織を骨から引き離すために使用することができる。中実コアテクノロジーを利用する超音波器具は、超音波トランスデューサから導波管を通って外科用エンドエフェクタに伝達され得る超音波エネルギー量に起因して特に有利である。このような器具は、観血的処置、又は内視鏡的若しくは腹腔鏡的処置などの低侵襲処置に使用することができ、エンドエフェクタは、手術部位に到達するようにトロカール内に通される。
【０００３】
そのような器具のエンドエフェクタ（例えば、切断ブレード）を超音波周波数で作動又は励振させると、隣接組織内に局所的な熱を発生する長手方向の振動運動が誘発される。超音波器具の性質ゆえに、超音波によって作動される特定のエンドエフェクタは、例えば、切断及び凝固を含めた多数の機能を果たすように設計することができる。超音波振動は、例えば、トランスデューサを電気で励振することによって、手術用エンドエフェクタに誘発される。トランスデューサは、器具ハンドピース内の１つ若しくは２つ以上の圧電又は磁気歪素子から構成され得る。トランスデューサによって生成された振動は、トランスデューサから外科用エンドエフェクタまで延在する超音波導波管を介して、外科用エンドエフェクタに伝達される。導波管及びエンドエフェクタは、トランスデューサと同一周波数で共振するように設計される。したがって、エンドエフェクタがトランスデューサに取り付けられると、全体的なシステム周波数は、トランスデューサ自体と同じ周波数になる。
【０００４】
エンドエフェクタの先端における長手方向の超音波振動の振幅ｄは、共振周波数では次に与えられるように単一シヌソイドとして挙動する。
ｄ＝Ａｓｉｎ（ωｔ）
式中、
ωは、周期的振動数ｆの２π倍に等しい角振動数、及び
Ａは、ゼロからピークまでの振幅である。
【０００５】
エンドエフェクタ先端の長手方向の振動幅（excursion）は、ピーク間（ｐ−ｔ−ｐ）振幅として定義され、正弦波の振幅のちょうど２倍又は２Ａである。多くの場合、エンドエフェクタはブレードを備え、このブレードは、長手方向の振動幅により組織を切断及び／又は凝固することができる。その全開示が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，２８３，９８１号（２００１年９月４日発行、発明の名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＢＡＬＡＮＣＩＮＧ  ＡＳＹＭＭＥＴＲＩＣ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＢＬＡＤＥＳ」）、米国特許第６，３０９，４００号（２００１年１０月３０日発行、発明の名称「ＣＵＲＶＥＤ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＴＲＡＰＥＺＯＩＤＡＬ  ＣＲＯＳＳ  ＳＥＣＴＩＯＮ」）、及び米国特許第６，４３６，１１５号（２００２年８月２０日発行、発明の名称「ＢＡＬＡＮＣＥＤ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  Ａ  ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ  ＯＦ  ＢＡＬＡＮＣＥ  ＡＳＹＭＭＥＴＲＩＥＳ」）は、様々な超音波外科用器具を開示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般的な一態様において、様々な態様は、外科用ツールの長手方向軸に沿って所定の周波数で振動を生成するように構成されたトランスデューサを備える超音波外科用器具を対象とする。様々な態様において、外科用ツールは、長手方向軸に沿って延在し、かつトランスデューサに連結されている、超音波導波管を含むことができる。様々な態様において、外科用ツールは、近位端及び遠位端を有する本体を含み、遠位端は、トランスデューサによって生成された振動によって長手方向軸に対して移動可能であり、近位端は、トランスデューサに機械的に連結されている。
【０００７】
一態様において、圧縮超音波トランスデューサアセンブリを提供する。圧縮超音波トランスデューサアセンブリは、開口部を画定する金属ハウジングと、開口部内に配置され、圧縮力によって圧縮された少なくとも２つの圧電素子であって、Ｄ３３モードで機能するように構成された、少なくとも２つの圧電素子と、開口部を閉るように、かつ金属ハウジング内で少なくとも２つの圧電素子を圧縮状態に維持するように金属ハウジングに接合された金属プラグと、を備える。
【０００８】
別の態様において、超音波外科用器具を提供する。超音波外科用器具は、超音波導波管と、超音波導波管に装着され、かつＤ３１モードで動作するように構成された超音波トランスデューサであって、第１の結合材料によって超音波導波管の第１の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第１のセラミック圧電素子、及び第１の結合材料によって超音波導波管の第２の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第２のセラミック圧電素子であって、超音波導波管の第１の側部が、超音波導波管の第２の側部の反対側にある、第２のセラミック圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える。
【０００９】
別の態様において、超音波外科用器具を提供する。超音波外科用器具は、超音波導波管であって、基部部分と、基部部分の片側から延在する第１及び第２の壁と、対応する第１及び第２の壁から突出する第１及び第２のレッジであって、第１の空間が、第１のレッジと基部部分との間に画定され、第２の空間が、第２のレッジと基部部分との間に画定され、第１及び第２のレッジと、を備える、超音波導波管と、超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサであって、第１の空間と及び第２の空間との間に摺動可能に配置され、かつその内部に固定された少なくとも１つの圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える。
【００１０】
別の態様において、超音波外科用器具を提供する。超音波外科用器具は、超音波導波管と、超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサと、を備え、超音波導波管は、上部プロングと、超音波トランスデューサを内部に受容するように構成されたＵ字形状の開口を上部プロングとの間に画定する下部プロングとを備える、音叉状のフレームを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
様々な態様の特徴が、添付の特許請求の範囲で詳細に記載される。しかしながら、編成及び操作方法の両方に関する様々な態様は、それらの更なる目的及び利点と共に、以下の説明を以下の添付図面と併せて参照すれば最もよく理解することができる。
【図１】本開示の一態様による、超音波外科用器具システムを例示する図である。
【図２Ａ】本開示の一態様による、圧電トランスデューサを例示する図である。
【図２Ｂ】本開示の一態様による、圧電トランスデューサを例示する図である。
【図２Ｃ】本開示の一態様による、圧電トランスデューサを例示する図である。
【図３】本開示の一態様による、超音波導波管、及び超音波導波管に固定された１つ又は２つ以上の圧電素子を含む、Ｄ３１超音波トランスデューサのアーキテクチャを例示する図である。
【図４Ａ】本開示の一態様による、圧縮を調整したＤ３３構成の圧縮超音波トランスデューサアセンブリを例示する図である。
【図４Ｂ】本開示の一態様による、圧縮を調整したＤ３３構成の圧縮超音波トランスデューサアセンブリを例示する図である。
【図４Ｃ】本開示の一態様による、圧縮を調整したＤ３３構成の圧縮超音波トランスデューサアセンブリを例示する図である。
【図５】本開示の一態様による、超音波外科用器具の斜視図である。
【図６】本開示の一態様による、図５に示される超音波外科用器具と共に使用する圧電素子の斜視図である。
【図７】本開示の一態様による、図５に示される超音波外科用器具の断面図である。
【図８】本開示の一態様による、金属と金属合金はんだとの接着剤結合の一実施例を例示する図である。
【図９】本開示の一態様による、セラミックと、金属合金はんだによって形成された金属との接着剤結合を例示する図である。
【図１０】本開示の一態様による、冶金／化学結合の一実施例を例示する図である。
【図１１】本開示の一態様による、セラミック及び金属合金はんだの化学結合の微細構造を例示する図である。
【図１２Ａ】本開示の一態様による、組み立て及び分極前の超音波外科用器具を例示する図である。
【図１２Ｂ】本開示の一態様による、分極前の図１２Ａの超音波外科用器具、及びＤ３１構成で超音波導波管に固定された第１及び第２の非分極圧電素子を例示する図である。
【図１２Ｃ】本開示の一態様による、分極前の図１２Ｂの超音波器具、及びＤ３１構成で超音波導波管に固定された第１及び第２の非分極圧電素子を例示する図である。
【図１３Ａ】本開示の一態様による、結合材料を使用して圧電素子を保持するように構成された超音波導波管を含む、超音波外科用器具を例示する図である。
【図１３Ｂ】本開示の一態様による、付勢力を使用して圧電素子を保持するように構成された超音波導波管を含む、超音波外科用器具を例示する図である。
【図１３Ｃ】本開示の一態様による、結合材料及び付勢力の組み合わせを使用して圧電素子を保持するように構成された超音波導波管を含む、超音波外科用器具を例示する図である。
【図１４】本開示の一態様による、Ｄ３１で配設された圧電素子に固定された超音波導波管を含む、超音波外科用器具を例示する図である。
【図１５】本開示の一態様による、結合段階中に電圧Ｖが圧電素子に印加される、図１４に示される超音波外科用器具を例示する図である。
【図１６】本開示の一態様による、片側で導電性接着剤によって超音波導波管に取り付けられ、反対側で導電性接着剤によって導電性プレートに取り付けられた圧電素子を含む、Ｄ３１超音波外科用器具を例示する図である。
【図１７】本開示の一態様による、単一の中央平面超音波トランスデューサ、及び音叉状のフレームを有する超音波導波管を含む、超音波外科用器具を例示する図である。
【図１８】本開示の一態様による、超音波トランスデューサを超音波導波管の音叉状のフレームに挿入した、図１７に示される超音波外科用器具の断面図である。
【図１９Ａ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図１９Ｂ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２０】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２１】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２２Ａ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２２Ｂ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２２Ｃ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２２Ｄ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２３】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２４Ａ】本開示の一態様による、線２４Ａ−２４Ａに沿って切断した、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成の断面図を例示する図である。
【図２４Ｂ】本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２４Ｃ】本開示の一態様による、図２４Ａ〜Ｂに示されるＤ３１超音波トランスデューサ構成のハウジングの形状の変化を例示する図である。
【図２５Ａ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２５Ｂ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２５Ｃ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２５Ｄ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２５Ｅ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２６Ａ】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２６Ｂ】本開示の一態様による、図２６Ａに示される超音波トランスデューサ構成のプラグを例示する図である。
【図２６Ｃ】本開示の一態様による、図２６Ａに示されるＤ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２６Ｄ】本開示の一態様による、図２６Ａに示されるＤ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２７】本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２８】本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２９Ａ】本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図２９Ｂ】本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３０Ａ】本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３０Ｂ】本開示の一態様による、図３０Ａに示されるＤ３１超音波トランスデューサ構成の分解図である。
【図３０Ｃ】本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３０Ｄ】本開示の一態様による、図３０Ｃに示されるＤ３１超音波トランスデューサ構成の分解図である。
【図３１】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３２Ａ】本開示の一態様による、非対称的に励振可能な圧電トランスデューサアセンブリ有するＤ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３２Ｂ】本開示の一態様による、非対称的に励振可能な圧電トランスデューサアセンブリ有するＤ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３３Ａ】本開示の一態様による、非対称的に励振可能な圧電トランスデューサアセンブリ有するＤ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３３Ｂ】本開示の一態様による、非対称的に励振可能な圧電トランスデューサアセンブリ有するＤ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３３Ｃ】本開示の一態様による、非対称的に励振可能な圧電トランスデューサアセンブリ有するＤ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３４Ａ】本開示の一態様による、圧電素子が互いに対してオフセットされたＤ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３４Ｂ】本開示の一態様による、圧電素子が互いに対してオフセットされたＤ３１超音波トランスデューサ構成を例示する図である。
【図３４Ｃ】本開示の一態様による、それぞれ、長手方向の運動及び非長手方向の運動を受ける外科用器具のエンドエフェクタの平面図である。
【図３４Ｄ】本開示の一態様による、それぞれ、長手方向の運動及び非長手方向の運動を受ける外科用器具のエンドエフェクタの平面図である。
【図３５Ａ】本開示の一態様による、複雑な特徴を有する外科用器具の導波管の遠位端の斜視図である。
【図３５Ｂ】本開示の一態様による、図３５Ａに示される外科用器具を作製するプロセスを例示する図である。
【図３５Ｃ】本開示の一態様による、図３５Ａに示される外科用器具を作製するプロセスを例示する図である。
【図３５Ｄ】本開示の一態様による、図３５Ａに示される外科用器具を作製するプロセスを例示する図である。
【図３５Ｅ】本開示の一態様による、図３５Ａに示される外科用器具を作製するプロセスを例示する図である。
【図３６Ａ】本開示の一態様による、非長手方向の運動を生成するように構成されたＤ３１超音波トランスデューサ構成の斜視図である。
【図３６Ｂ】本開示の一態様による、図３６Ａに示されるＤ３１超音波トランスデューサ構成の電極の斜視図である。
【図３６Ｃ】本開示の一態様による、線３６Ｃ−３６Ｃに沿って切断した、図３６Ａに示されるＤ３１超音波トランスデューサ構成の断面図である。
【図３６Ｄ】本開示の一態様による、図３６Ａに示されるＤ３１超音波トランスデューサ構成の電極及び圧電トランスデューサアセンブリの側面図である。
【図３７】本開示の一態様による、外科用器具のための超音波信号発生器への電気コネクタの斜視図である。
【図３８】本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成の分解図である。
【図３９】本開示の一態様による、図３８のＤ３３超音波トランスデューサ構成の斜視図である。
【図４０】本開示の一態様による、図３８のＤ３３超音波トランスデューサ構成の斜視断面図である。
【図４１】本開示の一態様による、図３８のＤ３３超音波トランスデューサ構成の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
様々な態様を詳細に説明する前に、そのような態様は、それらの用途又は使用において、添付図面及び説明において例示される部品の構成及び配設の詳細に限定されないことに留意されたい。例示的な態様は、他の態様、変形、及び修正で実施されるか、又はそれらに組み込まれてもよく、様々な方法で実施又は実行されてもよい。例えば、以下に開示する外科用器具は、単に例示のためのものであり、それらの範囲又は応用を限定することを意味しない。更に、特に指示のない限り、本明細書で用いる用語及び表現は、読者の便宜のために例示的な態様を説明する目的で選択されたものであって、それらの範囲を制限するためのものではない。
【００１３】
以下、本明細書に開示される装置の構造、機能、製造、及び使用、並びに方法の原理の全体的な理解を提供するために、特定の態様を説明する。これらの態様の１つ又は２つ以上の例が、添付の図面に例示されている。当業者であれば、本明細書に具体的に説明され、添付図面に例示される装置及び方法が、非限定的で例示的な態様であり、また、様々な態様の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。１つの態様と関連して例示又は説明される特徴は、他の態様の特徴と組み合わせることができる。このような改変及び変形形態は、特許請求の範囲の範疇内に含まれるものとする。
【００１４】
本明細書で説明される様々な態様は、一般に、超音波外科用器具及びそれと共に使用するためのブレードに関する。超音波外科用器具及びブレードの例は、米国特許第５，３２２，０５５号、同第５，９５４，７３６号、同第６，３０９，４００号、同第６，２７８，２１８号、同第６，２８３，９８１号、同第６，３２５，８１１号、及び同第８，３１９，４００号に開示され、これらの開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００１５】
様々な態様によれば、ブレード等のエンドエフェクタを有する外科用ツールを備える超音波器具は、とりわけ、出血を制御しながら皮質骨及び／又は組織を除去することが望ましい整形外科処置において、特に有効であり得る。その切断特性及び凝固特性に起因して、超音波外科用器具のブレードは、一般的な軟組織の切断及び凝固に有用であり得る。特定の状況において、様々な態様によるブレードは、組織の切断、及び止血封止又は焼灼するのに有用であり得る。ブレードは、真直ぐであっても又は曲がっていてもよく、開腹用途又は腹腔鏡用途のいずれかに有用であり得る。様々な態様によるブレードは、脊椎手術において、特に骨から筋肉を取り外す際の背面からのアクセスを支援するのに有用であり得る。
【００１６】
本出願の出願人は、本出願と同時に出願された以下の特許出願を所有しており、これらはそれぞれの全体内容が参照により本明細書に組み込まれる。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１９ＵＳＮＰ／１６００４５Ｍ、２０１７年８月１７日に出願した、発明者Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｍｅｓｓｅｒｌｙ他による、発明の名称「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１９ＵＳＮＰ１／１６００４５−１、２０１７年８月１７日に出願した、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｍｅｓｓｅｒｌｙ他による、発明の名称「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  Ｆｏｒ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１９ＵＳＮＰ２／１６００４５−２、２０１７年８月１７日に出願した、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｍｅｓｓｅｒｌｙ他による、発明の名称「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ａｎｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ  Ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ」。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１９ＵＳＮＰ４／１６００４５−４、２０１７年８月１７日に出願した、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｍｅｓｓｅｒｌｙ他による、発明の名称「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｔｏ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｊｏｉｎｉｎｇ」。
代理人整理番号ＥＮＤ７９１９ＵＳＮＰ５／１６００４５−５、２０１７年８月１７日に出願した、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｍｅｓｓｅｒｌｙ他による、発明の名称「Ｔｉｓｓｕｅ  Ｌｏａｄｉｎｇ  Ｏｆ  Ａ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」。
【００１７】
図１は、超音波システム１０の一態様を例示する。超音波システム１０の１つの態様は、超音波トランスデューサ１４に連結された超音波信号発生器１２と、ハンドピースハウジング１６を備えるハンドピースアセンブリ６０と、エンドエフェクタ５０と、を備える。「ランジュヴァンスタック」として知られている超音波トランスデューサ１４は、一般に、変換部分１８と、第１の共振器又はエンドベル２０と、第２の共振器又はフォアベル２２と、補助構成要素と、を含む。様々な態様において、超音波トランスデューサ１４は、好ましくは、下で詳細に説明されるように、長さが２分の１システム波長の整数倍（ｎλ／２）である。音響アセンブリ２４は、超音波トランスデューサ１４と、マウント２６と、速度変換器２８と、表面３０と、を含むことができる。
【００１８】
本明細書では、「近位」及び「遠位」という用語は、ハンドピースアセンブリ６０を握っている臨床医に準拠して使用されることが理解されよう。したがって、エンドエフェクタ５０は、より近位のハンドピースアセンブリ６０に対して遠位にある。便宜上及び明瞭さのため、「上部」及び「下部」のような空間的用語もまた、本明細書では、ハンドピースアセンブリ６０を把持する臨床医に準拠して使用されることが更に理解される。しかしながら、外科用器具は、多くの向き及び位置で使用されるものであり、これらの用語は、限定的かつ絶対的なものであることを意図するものではない。
【００１９】
エンドベル２０の遠位端は、変換部分１８の近位端に接続され、フォアベル２２の近位端は、変換部分１８の遠位端に接続される。フォアベル２２及びエンドベル２０は、変換部分１８の厚さ、エンドベル２０及びフォアベル２２を製造するのに使用される材料の密度及び弾性率、並びに超音波変換器１４の共振周波数等を含む、多くの変数によって決定される長さを有する。フォアベル２２は、速度変換器２８の超音波振動の振幅を増幅するため、近位端からその遠位端まで内向きに先細にしてもよく、あるいは、フォアベル２２は、増幅を有さなくてもよい。
【００２０】
図１を再度参照すると、エンドベル２０は、そこから延在するねじ付き部材を含むことができ、ねじ付き部材は、フォアベル２２のねじ付き開口とねじ込み可能に係合するように構成することができる。様々な態様において、圧電素子３２等の圧電素子は、例えば、エンドベル２０及びフォアベル２２が共に組み立てられたときに、エンドベル２０とフォアベル２２との間で圧縮することができる。圧電素子３２は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、チタン酸鉛、及び／又は、例えば任意の好適な圧電性結晶材料などの任意の好適な材料から作製されてもよい。
【００２１】
様々な実施形態において、下でより詳細に考察されるように、トランスデューサ１４は、正電極３４及び負電極３６等の電極を更に備えることができ、これらの電極は、例えば、１つ又は２つ以上の圧電素子３２の両端に電位を作り出すように構成することができる。各正電極３４、負電極３６、及び圧電素子３２の各々は、中心を通って延在する孔を備えることができ、この孔は、エンドベル２０のねじ付き部材を受容するように構成することができる。様々な実施形態において、正電極３４及び負電極３６は、それぞれワイヤ３８及び４０に電気的に結合され、ワイヤ３８及び４０は、ケーブル４２内に収容され、超音波システム１０の超音波信号発生器１２に電気的に接続可能であり得る。
【００２２】
様々な態様において、音響アセンブリ２４の超音波トランスデューサ１４は、超音波信号発生器１２からの電気信号を機械的エネルギーに変換し、機械的エネルギーは、主として、超音波トランスデューサ１４及びエンドエフェクタ５０の超音波周波数における長手方向の振動運動をもたらす。好適な発生器は、オハイオ州シンシナティのエチコン・エンドサージェリー社（Ｅｔｈｉｃｏｎ  Ｅｎｄｏ−Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｉｎｃ．）から、モデル番号ＧＥＮ１１として入手可能である。音響アセンブリ２４が通電されると、音響アセンブリ２４を通して振動運動の定常波が生成される。好適な振動周波数範囲は、約２０Ｈｚ〜１２０ｋＨｚであり得、適切な振動周波数範囲は、約３０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚであり得、動作振動周波数の１つの例は、約５５．５ｋＨｚあり得る。
【００２３】
音響アセンブリ２４に沿った任意の点での振動運動の振幅は、音響アセンブリ２４に沿った振動運動が測定される位置によって様々であり得る。振動運動定在波において、最小又はゼロの交差は、一般的に波節（即ち、運動が通常は最小の場所）と呼ばれ、定在波において、最大絶対値（absolute maximum）又はピークは、一般的に波腹（即ち、運動が通常は最大の場所）と称される。波腹点とそれに最も近い波節点との間の距離は、４分の１波長（λ／４）である。
【００２４】
上で概説されるように、ワイヤ３８及び４０は、超音波信号発生器１２から正電極３４及び負電極３６に電気信号を伝送する。圧電素子３２は、例えば、音響アセンブリ２４において音響定在波を生成するためのフットスイッチ４４に応答して、超音波信号発生器１２から供給される電気信号によって通電される。電気信号により、結果的に材料内の大きな圧縮力となる繰り返し小変位の形態で、圧電素子３２内に擾乱が生じる。繰り返し小変位は、圧電素子３２を電圧勾配の軸に沿って連続様態で伸長及び収縮させ、超音波エネルギーの長手方向の波を生成する。
【００２５】
様々な態様において、トランスデューサ１４によって生成された超音波エネルギーは、超音波伝達導波管４６を介して、音響アセンブリ２４を通ってエンドエフェクタ５０に伝達することができる。音響アセンブリ２４がエンドエフェクタ５０にエネルギーを供給するために、音響アセンブリ２４の構成要素は、エンドエフェクタ５０に音響的に連結される。例えば、超音波トランスデューサ１４の遠位端は、表面３０において超音波伝達導波管４６の近位端に、スタッド４８のようなねじ接続により音響的に連結されてもよい。
【００２６】
音響アセンブリ２４の構成要素は、いずれのアセンブリの長さも２分の１波長の整数倍（ｎλ／２）となるように音響的に調整することができ、式中、波長λは、音響アセンブリ２４の事前選択された波長、又は動作する長手方向振動駆動周波数ｆｄであり、ｎは、任意の正の整数である。また、音響アセンブリ２４は、音響要素の任意の好適な配設を組み込むことができることも想到される。
【００２７】
超音波エンドエフェクタ５０は、２分の１システム波長（λ／２）の整数倍と実質的に等しい長さを有することができる。超音波エンドエフェクタ５０の遠位端５２は、遠位端の最大、又は少なくともほぼ最大の長手方向の振動幅を提供するために、波腹の位置に、又は少なくともその近くに配置されてもよい。トランスデューサアセンブリが通電されると、様々な態様において、超音波エンドエフェクタ５０の遠位端５２は、例えば、所定の振動周波数において、約１０〜５００ミクロンのピーク間の範囲、及び好ましくは約３０〜１５０ミクロンの範囲で移動するように構成することができる。
【００２８】
上で概説されるように、超音波エンドエフェクタ５０は、超音波伝達導波管４６に連結されてもよい。様々な態様において、例示されるような超音波エンドエフェクタ５０及び超音波伝達ガイド４６は、例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ（アルミニウムの合金及びバナジウムを含むチタン合金）、アルミニウム、ステンレス鋼、並びに／又は任意の他の好適な材料等の、超音波エネルギーの伝達に好適な材料から単一構造物として形成される。代替として、超音波エンドエフェクタ５０は、超音波伝達導波管４６から分離可能（及び異なる組成物のもの）であってもよく、例えば、スタッド、溶接、接着剤、迅速接続、又は他の好適な既知の方法により結合されてもよい。超音波伝達導波管４６は、例えば、２分の１システム波長（λ／２）の整数倍に実質的に等しい長さを有することができる。例えば、超音波伝送導波管４６は、好ましくは、例えば、チタン合金（即ち、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）又はアルミニウム合金など、超音波エネルギーを効率的に伝搬する材料から構成された中実コア軸から作製されてもよい。
【００２９】
図１に例示される態様において、超音波伝達導波管４６は、複数個の波節に、又は少なくともその近くに位置付けられた、複数の安定化シリコーンリング又は弾性支持体５６を備える。シリコーンリング５６は、望ましくない振動を弱め、かつ導波管４６を少なくとも部分的に囲む外装５８から超音波エネルギーを隔離することができ、それによって、超音波エネルギーがエンドエフェクタ５０の遠位端５２まで長手方向に最高効率で流れるのを確実にする。
【００３０】
図１に示されるように、外装５８は、ハンドピースアセンブリ６０の遠位端に連結され得る。外装５８は、一般に、アダプタ又はノーズコーン６２と、細長い管状部材６４と、を含む。管状部材６４は、アダプタ６２に取り付けられ及び／又はアダプタ６２から延在し、かつ、そこを通って長手方向に延在する開口部を有する。様々な態様において、外装５８は、ハウジング１６の遠位端にねじ込むこと、又はスナップ嵌めすることができる。少なくとも１つの態様において、超音波伝達導波管４６は、管状部材６４の開口部を通って延在し、シリコーンリング５６は、開口部の側壁に接触して、内部の超音波伝達導波管４６を隔離することができる。様々な態様において、外装５８のアダプタ６２は、例えば、好ましくはＵｌｔｅｍ（登録商標）から構成され、管状部材６４は、例えば、ステンレス鋼から作製される。少なくとも１つの態様において、超音波伝達導波管４６は、例えば、超音波伝達導波管を外部接触から隔離するために、それを取り囲む高分子材料を有することができる。
【００３１】
上で説明したように、電圧源、又は電力源は、トランスデューサの圧電素子の１つ又は２つ以上と動作可能に連結することができ、圧電素子のそれぞれに印加される電位によって、圧電素子を長手方向に伸長及び収縮、又は振動させることができる。同じく上で説明したように、電位は、周期的とすることができ、様々な態様において、電位は、例えば、トランスデューサ１４、導波管４６、及びエンドエフェクタ５０を備える構成要素のシステムの共振周波数と同じ又はほぼ同じである周波数で周期的とすることができる。しかしながら、様々な態様において、トランスデューサ内の特定の圧電素子は、トランスデューサ内の他の圧電素子よりも、長手方向の振動の定在波に対する寄与が大きい場合がある。より具体的には、長手方向の変位を制御、又は制限することができる長手方向のひずみプロファイルが、トランスデューサ内で生じ得、そうして、特にシステムが共振周波数で又はその近くで振動する場合に、圧電素子の一部は、振動の定在波に寄与することができる。
【００３２】
図１の超音波外科用器具システム１０に関して、導波管４６を通して圧電素子３２からエンドエフェクタ５０に機械的振動を連結するために、複数の構成要素が必要であり得ることが認識され得る。音響アセンブリ２４を備える追加的な構成要素は、追加的な製造コスト、作製工程、及び複雑さをシステムに加え得る。図１に例示し、上で説明した同等の装置よりも必要とし得る構成要素、製造工程、及びコストが少ない超音波医療装置の態様を、以下に開示する。
【００３３】
再度図１を参照すると、圧電素子３２は、「ランジュヴァンスタック」で構成され、この構成では、（トランスデューサ１４と共に）圧電素子３２及びそれらの活性化電極３４及び３６が交互配置される。活性圧電素子３２の機械的振動は、トランスデューサ１４の長手方向軸に沿って伝搬して、音響アセンブリ２４を介して、導波管４６の端部に連結される。圧電素子のこのような動作モードは、しばしば、特に、例えばチタン酸ジルコン酸鉛、メタニオブ酸鉛、又はチタン酸鉛を含むセラミック圧電素子について、素子のＤ３３モードとして説明される。セラミック圧電素子のＤ３３モードを、図２Ａ〜２Ｃに例示する。
【００３４】
図２Ａは、セラミック圧電材料で作製された圧電素子２００を表す。圧電セラミック材料は、複数の個々の微結晶性ドメインを備える多結晶材料である。各微結晶性ドメインは、分極軸を有し、ドメインは、この軸に沿って、与えられた電界に応じて伸長又は収縮することができる。しかしながら、天然セラミックにおいて、微結晶性ドメインの分極軸は、ランダムに配設されるので、バルクセラミックにはいかなる正味圧電効果もない。分極軸の正味再配向は、セラミックを、材料のキュリー温度を超える温度に供し、材料を強い電界内に置くことによって誘発され得る。試料の温度がキュリー温度未満に下がると、個々の分極軸の大部分は、バルク分極方向に再配向され、固定される。図２Ａは、誘導電界軸Ｐに沿って分極された後のそのような圧電素子２００を例示する。分極されていない圧電素子２００は、任意の正味圧電性結晶軸が欠如しているが、分極された素子２００は、誘導電界軸Ｐの方向に平行な分極軸ｄ３を有するとして説明することができる。完全性のために、ｄ３軸に対して直角の軸は、ｄ１軸と称され得る。圧電素子２００の寸法は、長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）、及び厚さ（Ｔ）として標識される。
【００３５】
図２Ｂ及び２Ｃは、圧電素子２００を、ｄ３（又はＰ）軸に沿って配向された作動電界Ｅに供することによって誘発され得る、圧電素子２００の機械的変形を例示する。図２Ｂは、圧電素子２０５上のｄ３軸に沿って分極場Ｐと同じ方向を有する電界Ｅの影響を例示する。図２Ｂに例示するように、圧電素子２０５は、ｄ３軸に沿って伸張し、一方で、ｄ１軸に沿って圧縮することによって変形し得る。図２Ｃは、圧電素子２１０上のｄ３軸に沿った分極場Ｐに対して反対方向を有する電界Ｅの影響を例示する。図２Ｃに例示するように、圧電素子２１０は、ｄ３軸に沿って圧縮し、一方で、ｄ１軸に沿って伸張することによって変形し得る。ｄ３軸に沿って電界を印加している間のｄ３軸に沿った振動の連結は、圧電素子のＤ３３モードを使用したＤ３３の連結又は活性化と称され得る。図１に例示するトランスデューサ１４は、圧電素子３２のＤ３３モードを使用して、機械的振動を、導波管４６に沿ってエンドエフェクタ５０に伝達する。圧電素子はまた、ｄ１軸に沿っても変形するので、ｄ３軸に沿って電界を印加している間のｄ１軸に沿った振動の連結は、機械的振動の有効な供給源でもあり得る。このような連結は、圧電素子のＤ３１モードを使用したＤ３１連結又は活性化と称され得る。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｃによって例示されるように、Ｄ３１モードでの動作中に、圧電素子２００、２０５、２１０の横伸長は、以下の式によって数学的にモデル化することができる。
【００３７】
【数１】
2019534058.tif 000003
【００３８】
式中、Ｌ、Ｗ、及びＴは、それぞれ、圧電素子の長さ、幅、及び厚さ寸法を指す。Ｖｄ３１は、Ｄ３１モードで動作する圧電素子に印加される電圧を表す。上で説明したＤ３１連結に起因する横伸長の量は、ΔＬ（即ち、長さ寸法に沿った圧電素子の伸長）、及びΔＷ（即ち、幅寸法に沿った圧電素子の伸長）によって表される。加えて、横伸長の式は、ΔＬ及びΔＷと印加電圧Ｖｄ３１との間の関係をモデル化する。圧電素子によるＤ３１の指導に基づく超音波医療装置の態様を、以下で開示する。
【００３９】
様々な態様において、下で説明するように、超音波医療装置は、長手方向の振動を生成するように構成されたトランスデューサと、トランスデューサに動作可能に連結されたトランスデューサベースプレート（例えば、トランスデューサの装着部分）を有する外科用ツールと、エンドエフェクタと、それらの間の導波管と、を備えることができる。特定の態様において、同じく下で説明するように、トランスデューサは、エンドエフェクタに伝達することができる振動を生成することができ、振動は、共振周波数又はその近くで、トランスデューサベースプレート、導波管、エンドエフェクタ、及び／又は超音波医療装置の他の様々な構成要素を駆動することができる。共振状態では、長手方向のひずみパターン、又は長手方向の応力パターンが、例えばトランスデューサ、導波管、及び／又はエンドエフェクタ内で生じ得る。様々な態様において、そのような長手方向のひずみパターン、又は長手方向の応力パターンは、トランスデューサ、導波管、及び／若しくはエンドエフェクタの長さに沿って、正弦波状に、又は少なくとも実質的に正弦波状の様態で、長手方向のひずみ、若しくは長手方向の応力を変動させることができる。少なくとも１つの態様において、例えば、長手方向のひずみパターンは、最大ピーク及びゼロ点を有することができ、ひずみ値は、そのようなピークとゼロ点との間で、非線形様態で変動させることができる。
【００４０】
図３は、本開示の一態様による、結合材料によって超音波トランスデューサ２６４に取り付けられた超音波導波管２５２を含む超音波外科用器具２５０を例示し、超音波外科用器具２５０は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。超音波トランスデューサ２６４は、結合材料によって超音波導波管２５２に取り付けられた第１の圧電素子２５４ａ及び第２の圧電素子２５４ｂを含む。圧電素子２５４ａ、２５４ｂは、圧電素子２５４ａ、２５４ｂを駆動するのに好適な電圧源（例えば、通常は高電圧）の１つの極を電気的に連結するために、導電性プレート２５６ａ、２５６ｂを含む。電圧源の対極は、導電性継手２５８ａ、２５８ｂによって超音波導波管２５２に電気的に連結される。一態様において、導電性プレート２５６ａ、２５６ｂは、電圧源の正極に連結され、導電性継手２５８ａ、２５８ｂは、金属超音波導波管２５２を通して接地電位に電気的に連結される。一態様において、超音波導波管２５２は、チタン又はチタン合金（即ち、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）で作製され、圧電素子２５４ａ、２５４ｂは、化学式Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１−ｘ］Ｏ３（０≦ｘ≦１）を有するジルコン酸チタン酸鉛の金属間無機化合物で作製される。ジルコン酸チタン酸鉛は、ＰＺＴとも呼ばれ、電界を印加したときに化合物の形状が変化することを意味する、著しい圧電効果を示すセラミックペロブスカイト型材料である。これは、超音波トランスデューサ及び圧電共振器ＰＺＴ等の、いくつかの実用的な用途において使用される。圧電素子２５４ａ、２５４ｂの分極軸（Ｐ）は、矢視２６０によって示される。圧電素子２５４ａ、２４５ｂの励振に応じた超音波導波管２５２の運動軸は、一般に超音波導波管２５２の超音波ブレード部分と称される超音波導波管２５２の遠位端において運動矢印２６２によって示される。運動軸２６２は、分極軸（Ｐ）２６０に対して直角である。
【００４１】
図１に示されるような従来のＤ３３超音波トランスデューサアーキテクチャにおいて、ボルト留めされた圧電素子３２は、電極３４、３６を利用して、各圧電素子３２の両方のサイズに対する電気的接点を作り出す。しかしながら、本開示の一態様によるＤ３１アーキテクチャ２５０は、異なる技術を用いて、各圧電素子２５４ａ、２５４ｂの両側に電気的接点を作り出す。圧電素子２５４ａ、２５４ｂに対する電気的接点を提供するための様々な技術は、高電位接続のために、導電性素子（例えば、ワイヤ）を各圧電素子２５４ａ、２５４ｂの自由表面に結合することと、接地接続のために、はんだ、導電性エポキシ、又は本明細書で説明される他の技術を使用して、各圧電素子２５４ａ、２５４ｂを超音波導波管２５２に結合することと、を含む。圧縮を使用して、永続的な接続を作製することなく、音響トレーンに対する電気的接点を維持することができる。これは、装置の厚さを増加させる場合があり、圧電素子２５４ａ、２５４ｂへの損傷を回避するように制御しなければならない。低い圧縮は、火花間隙によって圧電素子２５４ａ、２５４ｂを損傷する場合があり、高い圧縮は、局所的な機械的摩耗によって圧電素子２５４ａ、２５４ｂを損傷する場合がある。他の技術では、金属ばね接点を用いて、圧電素子２５４ａ、２５４ｂとの電気的接点を作り出すことができる。他の技術としては、フォイルオーバーフォームガスケット、導電性フォーム、はんだが挙げられ得る。圧電素子２５４ａ、２５４ｂの両側への電気的接続部は、Ｄ３１音響トレーン構成である。圧電素子２５４ａ、２５４ｂと超音波導波管２５２との間に電気的接点がある場合には、導電性である、金属超音波導波管２５２に対する電気的接地接続を作製することができる。
【００４２】
様々な態様において、下で説明するように、超音波医療装置は、長手方向の振動を生成するように構成されたトランスデューサと、トランスデューサに動作可能に連結されたトランスデューサベースプレートを有する外科用器具と、エンドエフェクタと、それらの間の導波管と、を備えることができる。特定の態様において、同じく下で説明するように、トランスデューサは、エンドエフェクタに伝達することができる振動を生成することができ、振動は、共振周波数又はその近くで、トランスデューサベースプレート、導波管、エンドエフェクタ、及び／又は超音波医療装置の他の様々な構成要素を駆動することができる。共振状態では、長手方向のひずみパターン、又は長手方向の応力パターンが、例えばトランスデューサ、導波管、及び／又はエンドエフェクタ内で生じ得る。様々な態様において、そのような長手方向のひずみパターン、又は長手方向の応力パターンは、トランスデューサ、導波管、及び／若しくはエンドエフェクタの長さに沿って、正弦波状に、又は少なくとも実質的に正弦波状の様態で、長手方向のひずみ、若しくは長手方向の応力を変動させることができる。少なくとも１つの態様において、例えば、長手方向のひずみパターンは、最大ピーク及びゼロ点を有することができ、ひずみ値は、そのようなピークとゼロ点との間で、非線形様態で変動させることができる。
【００４３】
図１に示されるような従来のＤ３３超音波トランスデューサアーキテクチャにおいて、ボルトは、圧電素子リングを超音波導波管に音響的に連結する、圧縮を提供する。本開示の一態様によるＤ３１アーキテクチャ２５０は、様々な異なる技術を用いて、圧電素子２５４ａ、２５４ｂを超音波導波管２５２に音響的に連結する。これらの技術を、以下に開示する。
【００４４】
図４Ａ〜４Ｃは、本開示の一態様による、圧縮を調整したＤ３３構成の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ７０００を例示する。一態様において、超音波トランスデューサアセンブリ７０００は、ハウジング７００４又はシェルによって画定された開口部７０１４において圧縮される１つ又は２つ以上の圧電素子７００２ａ、７００２ｂ、７００２ｃ、７００２ｄ（例えば、ＰＺＴ）を含む。超音波トランスデューサアセンブリ７０００が完全に圧縮されると、更なる組み立てプロセスに提供され、このプロセスでは、例えば、アセンブリ７０００内の圧電素子７００２ａ〜ｄのうちの１つの表面が、金属超音波導波管又は導波管に取り付けられる。圧電素子７００２ａ〜ｄに（特に、連結したひずみの方向に）圧縮を印加することで、より高い効率、及びより大きい負荷を駆動する高められた能力を提供する。圧縮超音波トランスデューサアセンブリ７０００は、軸方向圧縮素子を含まないので、圧電素子７００２ａ〜ｄは、振動軸ＬＡに沿って圧縮され、次いで、適所に固定される。圧電素子７００２ａ〜ｄを中心に配置されたシェル７００４又はバンドは、圧縮され、アセンブリは、以下で説明するように適所に固定される。
【００４５】
図４Ａは、圧縮前状態の超音波トランスデューサアセンブリ７０００の挿入段階を例示する。１つ又は２つ以上の圧電素子７００２ａ〜ｄは、ハウジング７００４の内部にスタックされる。プラグ７００６は、圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックと整列される。ハウジング７００４及びプラグ７００６素子は、金属材料で作製される。プラグ７００６及び圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックは、振動軸ＬＡと整列される。圧縮前の圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックの長さは、ｄ０として標識される。
【００４６】
図４Ｂは、圧縮超音波トランスデューサアセンブリ７０００の初期圧縮状態を例示する。対象の初期力Ｆｉをプラグ７００６に印加して、プラグ７００６を圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックの上へ圧縮する。
【００４７】
図４Ｃは、圧縮超音波トランスデューサアセンブリ７０００の最終圧縮状態を例示する。図４Ｃに示されるように、最終圧縮力Ｆｆが圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックに印加された後に、圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックが圧縮状態である間に、ハウジング７００４及びプラグがアンカー７００８ａ、７００８ｂと共に固定される。圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックの圧縮長さは、ｄ１として標識され、ここで、ｄ１＜ｄ０である。アンカー７００８ａ、７００８ｂは、圧電素子７００２ａ〜ｄに対して適所に、プラグ７００６をハウジング７００４に堅固に接合させて、圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックを圧縮下に維持する役割を果たす、任意の好適な素子とすることができる。故に、アンカー７００８ａ、７００８ｂは、溶接、はんだ付け、ろう付け、エポキシ、スエージ加工、又はこれらの任意の組み合わせによって形成される継手によって取り付ける、又は固定することができる。
【００４８】
別の態様において、アンカー７００８ａ、７００８ｂは、ねじ接続によって金属ハウジング７００４に取り付けることができる。ねじ接続構成において、金属ハウジング７００４及び金属プラグ７００６は、それぞれがねじ付き端部を含み、構成要素は、ねじ連結される。一態様において、金属プラグ７００６は、外部雄ねじを含み、ハウジング７００４は、プラグ７００６の雄ねじにねじ込み係合するために内部雌ねじを含み、プラグ７００６は、ハウジング７００４の内部部分にねじ留めされる。別の態様において、プラグ７００６は、内部雌ねじを含み、ハウジング７００４は、プラグ７００６の雌ねじにねじ込み係合するために外部雄ねじを含み、プラグ７００６は、ハウジング７００４の外部部分にねじ留めされる。後者の構成において、プラグ７００６の内部は、圧電素子７００２ａ〜ｃのスタックに接触し、圧縮するために、プラグ７００６の内部にボス又は他の突出した特徴を含む。ねじ付きアンカー構成では、回転力がプラグ７００６に印加され、プラグは、プラグ７００６がハウジング７００４とねじ込み係合されるときに、圧縮力を圧電素子７００２ａ〜ｄのスタックに印加する。
【００４９】
トランスデューサアセンブリ７０００が完全に圧縮され、アンカー７００８ａ、７００８ｂが適用されると、トランスデューサアセンブリ７０００を組み立てる準備ができる。一態様において、超音波導波管は、トランスデューサアセンブリ７０００の第１の表面７０１０に音響的に連結され、別の態様において、超音波導波管は、トランスデューサアセンブリ７０００の第１の表面７０１０に音響的に連結される。他の態様において、プラグ７００６は、超音波導波管の構成要素とすることができる。
【００５０】
以下、説明は、Ｄ３１構成で、チタン又はチタン合金（即ち、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）で作製された超音波導波管にセラミック圧電素子を音響連結するための技術を参照する。本明細書で説明されるＤ３１音響連結技術の利点としては、低コスト、低プロファイル、製造及び組み立ての容易さが挙げられる。追加的な利点としては、圧電素子を（特に、連結ひずみの方向に）圧縮して、より高い効率を提供し、より大きい負荷を駆動する能力が挙げられる。Ｄ３１音響トレーン構成では、電気的接続部のための電気的接点が、セラミック圧電素子の両側に提供される。セラミック圧電素子から超音波導波管への電気的接点が存在する場合は、電気的接地接続を超音波導波管に適用することができる。一態様において、低温音響連結技術（１５０℃未満）を用いて、セラミック圧電素子への損傷を最小化又は防止する。電気的接続部はまた、ヒートシンクとしても使用することができる。Ｄ３１構成のセラミック圧電素子をチタン／チタン合金製超音波導波管に音響連結するための複数の技術を、図５〜図１１に関連して以下で説明する。
【００５１】
図５は、本開示の一態様による、超音波外科用器具７１００の斜視図である。超音波外科用器具７１００は、結合材料によって超音波導波管７１０２に取り付けられた超音波トランスデューサ７１１８を含み、超音波外科用器具７１００は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。図６は、本開示の一態様による、図５に示される超音波外科用器具７１００と共に使用する圧電素子７１０４の斜視図である。超音波トランスデューサ７１１８は、結合材料によって超音波導波管７１０２の反対側に取り付けられた第１及び第２の圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂを含む。圧電素子７１０４ａ〜ｂは、下で説明されるセラミック−金属結合技術を使用して金属超音波導波管７１０２に取り付けられたＰＺＴセラミック素子とすることができる。
【００５２】
図７は、本開示の一態様による、図５に示される超音波外科用器具７１００の断面図である。超音波外科用器具７１００は、結合材料によって超音波導波管７１０２に取り付けられた超音波トランスデューサを含み、超音波外科用器具７１００は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。超音波トランスデューサは、結合材料によって超音波導波管７１０２の両側に取り付けられた、第１のセラミック圧電素子７１０４ａと、第２のセラミック圧電素子７１０４ｂと、を含む。結合材料は、セラミックを金属接続部に取り付けて、セラミック圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂを金属超音波導波管７１０２に結合するために使用される。図７に例示される実施例において、頂部圧電素子７１０４ａの底面は、金属合金はんだ７１０６ａ等の金属結合材料によって超音波導波管７１０２の片側に取り付けられる。同様に、底部圧電素子７１０４ｂの底面は、金属合金はんだ７１０６ｂ等の金属結合材料によって超音波導波管７１０２の反対側に取り付けられる。金属合金はんだ７１０６ａ、７１０６ｂを利用して、フラックスを使用せずに、又は圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂをプレコートせずに、ＰＺＴ材料（即ち、Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１−ｘ］Ｏ３）で作製されるセラミック圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂを、チタン又はチタン合金（即ち、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）で作製される金属超音波導波管７１０２に結合することができる。金属合金はんだは、セラミックのキュリー温度未満の温度で適用することができる。金属合金はんだ７１０６ａ、７１０６ｂ継手は、熱的及び電気的に伝導性であり、気密封止を提供し、また、高い剪断強度を有する。接合プロセスに応じて、金属合金はんだ７１０６ａ、７１０６ｂは、圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂの表面と超音波導波管７１０２との間に化学結合を生じさせ得る。
【００５３】
加えて、金属合金はんだ７１０８ａ等の金属結合材料を利用して、薄い導電性金属素子７１１０ａを頂部圧電素子７１０４ａの頂面に結合することもできる。同様に、金属合金はんだ７１０８ｂ等の金属結合材料を利用して、薄い導電性金属素子７１１０ｂを底部圧電素子７１０４ｂの頂面に結合することができる。導電性金属素子７１１０ａ、７１１０ｂは、圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂへの、はんだ付けしたワイヤを介した正の電気的接続部、圧着接続部、又はスペード接続部を作製するのに好適である。圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂのキュリー温度未満の温度では、圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂを分極した後に、結合を行うことができる。圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂのキュリー温度以上の温度では、超音波外科用器具７１００の構成要素をアセンブリとして結合した後に、圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂを分極することができる。
【００５４】
一態様において、セラミック−金属結合に好適な金属合金はんだ７１０６ａ、７１０６ｂ、７１０８ａ、７１０８ｂ等の金属結合材料は、例えば、Ｓ−Ｂｏｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手することができる。活性金属合金はんだは、セラミック−金属結合に有用である。そのようなはんだ合金は、結合前にセラミック表面と直接反応させることができるはんだ合金を作り出すために、ＳｎＡｇ、ＳｎＩｎＡｇ、及びＳｎＢｉ合金に添加される、チタン及びセリウム等の活性要素を含む。はんだ合金は、例えば、鋼、ステンレス鋼、チタン、ニッケル合金、銅、及びアルミニウム合金を含む、全ての金属との信頼性の高い、気密継手を生成する。セラミックは、一般に、直接湿潤プロセス（溶融金属層の付着）に適合せず、セラミック及び金属は、大幅に異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。はんだ合金は、定義によれば、８４０°Ｆ未満の温度で、及び通常４８０°Ｆ（２５０℃）付近で溶融し、したがって、接合する。このように、はんだ付けした継手は、ろう付け継手よりもはるかに低い温度から凝固することに起因して、接合応力が非常に低いので、セラミックと金属との接合において極めて良好である。従来のはんだには、最初に付着性の金属層をセラミック表面に配置し、次いでその後に、はんだフラックスプロセスを行って、はんだ接合プロセスでそれらが加熱されるときに、セラミック上の金属及び金属コーディングに生じる酸化物を破壊しなければならないという注意点が残る。Ｓ−ＢＯＮＤという商品名で知られている金属合金はんだは、セラミックを直接金属に結合することによって金属合金をセラミックに接合するのに好適な活性はんだであり、フラックスを使用せずに、かつセラミックのプレコートセラミック工程を伴わずに継手を形成する。このプロセスは、複数の工程のコーティングプロセスを排除し、また、４００°Ｆ未満の温度で適用することができ、金属のひずみ及び軟化を防止し、かつセラミックの破砕を防止する。生成された継手は、ＳｎＡｇ又はＳｎＩｎ合金に基づいて、気密性があり、１０−９気圧−ｃｃ／秒未満の透過率であり、強固（５，０００ｐｓｉを超える剪断力）であり、可塑性であり、かつ熱伝導性である。
【００５５】
圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂの分極軸（Ｐ）は、それぞれ、矢視７１１４ａ、７１１４ｂによって示される。圧電素子７１０４ａ、７１０４ｂの励振に応じた超音波導波管７１０２の運動軸は、一般に超音波導波管７１０２の超音波ブレード部分と称される超音波導波管７１０２の遠位端において運動矢印７１１６によって示される。運動軸７１１６は、分極軸（Ｐ）７１１４ａ、７１１４ｂに対して直角である。
【００５６】
図８〜図１１は、本開示の一態様による、図７に示されるようなセラミック−金属結合に好適な例示的な金属合金はんだ継手７１０６ａ、７１０６ｂ、７１０８ａ、７１０８ｂの断面図を例示する。セラミック−金属結合には、２つの異なるプロセスを使用することができる。図８及び図９に示される「機械的に活性化する」接合プロセスは、金属合金はんだの溶融温度（例えば、Ｓ−Ｂｏｎｄ２２０の場合は、２５０℃）で、又はそれに近い温度で実行することができる。
【００５７】
図８は、本開示の一態様による、金属合金はんだ７１２２と金属７１２４との間に形成された接着剤結合７１２０の一実施例を例示する。結合７１２０は、溶融合金を加熱表面上に広げる、ラビングする、又はブラッシングすることによって、及び金属合金はんだ７１２２の表面を十分に撹拌して、溶融中に形成される薄い酸化被膜を破壊するような様態で「熱間」組み立てすることによって作製することができる。図８に示されるように、金属７１２４中のＡｌ、Ｃｒ、又はＴｉ原子７１２８、及び金属合金はんだ７１２２中のＴｉ又はＣｅ原子７１３０は、界面７１２６で接着剤結合を形成する。
【００５８】
図９は、金属合金はんだ７１４６によって形成された、セラミック７１４２（例えば、ＰＺＴ）と金属７１４４（例えば、チタン合金鋼）との間の接着剤結合７１４０の一実施例を例示する。金属合金はんだ７１４６合金は、結合をもたらすが、継手強度は、通常、剪断で３，０００ｐｓｉ未満である。セラミック７１４２及び数多くの金属７１４４におけるこのような継手は、接着性であるが、いかなる化学結合も有しない。
【００５９】
図１０は、本開示の一態様による、冶金／化学結合７１５０の一実施例を例示する。別の金属合金はんだ７１５４の接合プロセスは、熱活性化プロセスを用いるが、このプロセスは、セラミック７１５２の表面を調製し、金属合金はんだ７１５４内の活性要素の反応を通して表面への化学結合を生じさせる。これらの継手は、接合されるセラミック７１５２の表面に金属合金はんだ７１５４を配置した状態で、保護雰囲気炉の高温処理から開始する。高温において、金属合金はんだ７１５４中の活性要素は、セラミック７１５２と反応して、セラミック７１５２と金属合金はんだ７１５４との間の界面７１５６に化学結合（例えば、Ａｌ（Ｔｉ）−Ａｇ相又はＣｕ−Ｓｎ相）を生じさせる。その後の接合工程における化学結合及び金属合金はんだ７１５４の層は、非常に高いレベルの接合強度を提供し、また、多工程のＭｏＭｎ及びめっきプロセスによって作製されるほとんどのろう付けサファイヤ及びセラミック−金属継手よりも良好な高性能セラミック金属継手を作製する。
【００６０】
図１１は、本開示の一態様による、セラミック７１６４（例えば、ＰＺＴ）及び金属合金はんだ７１６２の化学結合７１６０の微細構造を例示する。反応ゾーン７１６６は、セラミック７１６４と金属合金はんだ７１６２との界面７１６８に形成される。Ｓ−Ｂｏｎｄの金属合金はんだは、高い継手剪断強度を提供する。例えば、高温でのＳ−Ｂｏｎｄの金属合金はんだのメタライゼーション手順を使用することで、界面７１６８での化学結合７１６０の剪断強度は、７，０００ｐｓｉを超えることができ、また、５０〜１５０℃の熱循環耐性がある。Ｓ−Ｂｏｎｄの金属合金はんだは、フラックス又はめっきを伴わずにセラミック及び金属の表面を接合するのに好適であり、そのプロセスは、Ｓ−Ｂｏｎｄの金属合金はんだの高い表面張力のため、継手のバリエーションに対してはるかにより耐性がある。Ｓ−Ｂｏｎｄの金属合金はんだの接合プロセスは、清浄しなければならない、又は金属成分をエッチングする場合があり、美的欠陥を残す、化学的フラックスを使用しない。
【００６１】
一態様において、本開示は、Ｄ３１構成で使用するために、セラミック圧電素子（例えば、ＰＺＴ）を、金属（例えば、チタン／チタン合金）の超音波導波管に音響連結するプロセスを提供する。本プロセスは、Ｄ３１音響トレーン構成内の両方の圧電素子の両側に電気的接続部を作製することを更に含む。一般に、本プロセスは、圧電素子を分極する前にセラミック圧電素子を金属超音波導波管にはんだ付けし、次いで、そのアセンブリを分極する。セラミックを金属に結合するための技術は、図８〜図１１に関連して上で説明している。一態様において、本プロセスは、はんだペーストを介して、セラミック圧電素子（例えば、ＰＺＴ）を金属（例えば、チタン／チタン合金）超音波導波管に固定することと、はんだペーストをリフローして、圧電素子を超音波導波管に結合することと、超音波導波管／圧電素子アセンブリの一部として圧電素子を分極することと、を含む。このプロセスの一態様は、図１２Ａ〜１２Ｃに関連して下で説明する。
【００６２】
図１２Ａ〜１２Ｃは、結合材料によって超音波トランスデューサ７２１２に取り付けられた超音波導波管７２０２を含む超音波外科用器具７２００を例示し、超音波外科用器具７１００は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。超音波トランスデューサ７２１２は、結合材料によって超音波導波管７２０２の反対側に取り付けられた第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂを含む。図１２Ａは、本開示の一態様による、組み立て及び分極前の超音波外科用器具７２００を例示する。超音波外科用器具７２００は、金属超音波導波管７２０２（例えば、チタン／チタン合金）を含む。はんだペースト７２０６等の結合材料は、第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂの一方の表面に塗布される。はんだペースト７２０６は、フラックス及び小さいはんだ粒子の粘着性混合物であり、また、スクリーン印刷プロセスを使用して、ステンレス鋼又はニッケルステンシルによって圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂに塗布することができる。はんだペースト７２０６はまた、インクジェットプリンタに類似するジェット印刷機構によって圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂに塗布することもできる。ペースト塗布後に、圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂは、ピックアンドプレースマシン又は手動による配置プロセスに進められ、圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂを超音波導波管７２０２に固定する。
【００６３】
図１２Ｂは、本開示の一態様による、第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂが、Ｄ３１構成で超音波導波管７２０２に固定されている状態の、分極前の図１２Ａの超音波外科用器具７２００を例示する。ペースト塗布後に、圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂは、自動化プロセス又は手動によるプロセスを使用して、超音波導波管７２０２に固定される。固定した圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂ及び超音波導波管７２０２のアセンブリをリフローはんだ付けオーブンに運搬する前に、絶縁クランプを用いて、第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂを固定することができる。オーブンに入れた時点で、はんだペースト７２０６がリフローされて、第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂを超音波導波管７２０２に結合する。
【００６４】
図１２Ｃは、本開示の一態様による、Ｄ３１構成で超音波導波管７２０２に取り付けられた第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂのリフローはんだ付け後の、かつ分極前の図１２Ｂの超音波器具７２００を例示する。固定された圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂ及び超音波導波管７２０２アセンブリがリフローはんだ付けオーブンに運搬されると、はんだペースト７２０６がリフローされて、第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂと超音波導波管７２０２との間の結合を確立する。はんだペースト７２０６は、標準表面実装技術を使用してリフローすることができる。はんだ７２０６をリフローするためのいくつかの技術が存在する。１つの技術は、赤外線ランプを用い、赤外線リフローと呼ばれる。別の技術は、標準の空気又は窒素ガスのいずれかを使用した高温ガス対流を用いる。別の表面実装技術は、気相リフローと呼ばれる方法を使用する、高い沸点を有する特別なフルオロカーボン液体を用いる。各方法は、その利点及び不利点を有する。
【００６５】
リフローはんだ技術を用いて、第１の非分極圧電素子７２０４ａ及び第２の非分極圧電素子７２０４ｂが超音波導波管７２０２に取り付けられた後に、超音波器具７２００アセンブリ全体が分極される。分極プロセスは、特別な固定による油浴において実行することができる。圧電効果の性質は、固体の電気双極子モーメントの発生に密接に関連している。後者は、圧電素子のような非対称の電荷環境を有する結晶格子部位上のイオンに対して誘発され得る。双極子の密度又は分極（次元（Ｃ・ｍ／ｍ３））は、結晶単位格子の体積あたりの双極子モーメントを合計することによって結晶について算出することができる。あらゆる双極子がベクトルであるので、双極子密度Ｐは、ベクトル場である。互いに近くにある双極子は、ワイスドメインと呼ばれる領域内で整列される傾向がある。ドメインは、通常、ランダムに配向されるが、分極のプロセスを使用して整列させることができ（磁気分極と同じでない）、このプロセスは、通常は高温で、強い電界を材料全体にわたって印加する。全ての圧電材料を分極することができるというわけではない。圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂの分極軸（Ｐ）は、それぞれ、矢視７２０８ａ、７２０８ｂによって示される。圧電素子７２０４ａ、７２０４ｂの励振に応じた超音波導波管７２０２の運動軸は、一般に超音波導波管７２０２の超音波ブレード部分と称される超音波導波管７２０２の遠位端において運動矢印７２１０によって示される。運動軸７２１０は、分極軸（Ｐ）７２０８ａ、７２０８ｂに対して直角である。
【００６６】
圧電効果は、機械的応力の印加下での分極Ｐの変化である。これは、双極子誘起する環境の再構成によって、又は外部応力の影響下での分子双極子モーメントの再配向によって生じ得る。圧電気は、分極の強度、その方向、又は両方の変動で現れ得るが、詳細は、結晶内のＰの方向、結晶の対称性、及び印加される機械的応力に依存する。Ｐの変化は、結晶表面の表面電荷密度の変動として、即ち、バルクにおける双極子密度の変化によって生じる表面の間に延在する電界の変動として、現れる。例えば、２ｋｎ（５００ｌｂｆ）の力を正確に印加した１ｃｍ３の水晶の立方体は、１２５００Ｖの電圧を生成することができる。
【００６７】
Ｄ３１構成で使用するために、セラミック圧電素子（例えば、ＰＺＴ）を金属超音波導波管（例えば、チタン／チタン合金）に音響連結するための別の技術を、図１３Ａ〜１３Ｃに関して以下で説明する。図１３Ａは、結合材料によって超音波導波管７３０２に取り付けられた超音波トランスデューサ７３１８を含む超音波外科用器具７３００を例示し、超音波外科用器具７３００は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。図１３Ａに示されるように、本開示の一態様による超音波外科用器具７３００は、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂを保持するように構成された超音波導波管７３０２を含む。超音波導波管７３０２は、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂを保持するために、幾何学的特徴を含む。超音波導波管７３０２は、基部部分７３２０と、基部部分７３２０の片側から長手方向軸ＬＡに対して実質的に垂直に延在する第１の一組の壁７３１４ａ、７３１６ａと、を含む。第２の一組の壁７３１４ｂ、７３１６ｂは、基部部分７３２０の反対側から長手方向軸ＬＡに対して実質的に垂直に延在する。レッジ７３０６ａ、７３０８ａは、長手方向軸ＬＡに沿って、対応する壁７３１４ａ、７３１６ａから突出する。レッジ７３０６ｂ、７３０８ｂは、長手方向軸ＬＡに沿って、対応する壁７３１４ｂ、７３１６ｂから突出する。レッジ７３０６ａ、７３０６ｂ、７３０８ａ、７３０８ｂは、超音波導波管７３０２の基部部分７３２０の上に延在し、また、基部部分７３２０と実質的に平行である。一態様において、第１の一組レッジの７３０６ａ、７３０６ｂ及び基部部分７３２０の片側は、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂの一方の端部を受容するために、空間７３１０ａ、７３１０ｂを画定する。第２の一組のレッジ７３０８ａ、７３０８ｂ及び基部部分７３２０の反対側は、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂの他方の端部を受容するために、空間７３１２ａ、７３１２ｂを画定する。
【００６８】
超音波トランスデューサ７３１８は、導電性エポキシ、はんだ、又は金属はんだ合金等の結合材料７３２２ａ、７３２２ｂによって超音波導波管７３０２の基部部分７３２０の両側に取り付けられた、第１の圧電素子７３０４ａ及び第２の圧電素子７３０４ｂを含む。第１の圧電素子７３０４ａは、第１の一組の空間７３１０ａ、７３１２ａ内で摺動可能に受容される。第２の圧電素子７３０４ｂは、第２の一組の空間７３１０ｂ、７３１２ｂ内で摺動可能に受容される。
【００６９】
圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂが空間７３１０ａ、７３１０ｂ、７３１２ａ、７３１２ｂ内で摺動可能に受容されると、図８〜図１１又は図１２Ａ〜１２Ｃに関連して上で説明した様々な結合技術及び結合材料を使用して、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂを、超音波導波管７３０２の基部部分７３２０に取り付けることができる。
【００７０】
図１３Ｂは、図１３Ａに示される超音波外科用器具７３００に類似する超音波外科用器具７３３０を例示し、超音波導波管７３０２のレッジ７３０６ａ、７３０６ｂ、７３０８ａ、７３０８ｂは、超音波導波管７３０２の基部部分７３２０に向かって付勢して、又は僅かに屈曲させて、超音波導波管７３０２の基部部分７３２０に対する圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂの保持力を印加する。レッジ７３０６ａ、７３０６ｂ、７３０８ａ、７３０８ｂは、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂを空間７３１０ａ、７３１０ｂ、７３１２ａ、７３１２ｂに摺動可能に挿入する前に、又はその後に屈曲させることができる。
【００７１】
図１３Ｃは、本開示の一態様による、図１３Ａ及び１３Ｂに示される超音波外科用器具７３００、７３３０に類似する超音波外科用器具７３４０を例示する。図１３Ｃに示されるように、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂは、図１３Ａに関連して説明される結合材料を塗布することと、図１３Ｂに関連して説明したように、レッジ７３０６ａ、７３０６ｂ、７３０８ａ、７３０８ｂを超音波導波管７３０２の基部部分７３２０に向かって付勢して、圧電素子７３０４ａ、７３０４ｂに付勢力を印加することと、を組み合わせることによって、超音波導波管７３０２に取り付けることができる。
【００７２】
従来のＤ３３超音波トランスデューサアーキテクチャにおいて、超音波トランスデューサの圧電素子（例えば、ＰＺＴプレート）は、圧電素子が張力モードで動作しないことを確実にするために、事前圧縮された状態で組み立てられる。しかしながら、Ｄ３１アーキテクチャ構成では、各圧電素子と超音波導波管との間にいくらかの事前圧縮を有することが望ましくなり得る。図１４及び図１５は、下で考察されるように、圧電素子の超音波導波管への結合段階中に圧電素子を事前圧縮するための技術を例示する。
【００７３】
図１４は、本開示の一態様による、結合材料によって超音波導波管７４０２に取り付けられた超音波トランスデューサ７４１２を含む超音波外科用器具７４００を例示し、超音波器具は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。超音波トランスデューサ７４１２は、第１の圧電素子７４０４ａと、第２の圧電素子７４０４ｂとを含む。図１５は、本開示の一態様による、結合段階中に圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂに電圧Ｖが印加された、図１４に示される超音波外科用器具７４００を例示する。図１４に示されるように、圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂは、圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂを超音波導波管７４０２に結合するために、エポキシ接着剤７４０６等の結合材料を使用して、超音波導波管７４０２に取り付けられる。一態様において、圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂの事前圧縮は、エポキシ７４０６の硬化中に、圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂに電圧を印加することによって達成することができる。
【００７４】
したがって、以下、図１４及び図１５を参照すると、Ｄ３１アーキテクチャ構成において、事前圧縮は、エポキシ７４０６の硬化プロセス中に、各圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂに電圧Ｖを印加することによって、各圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂと超音波導波管７４０２との間で得ることができる。例えば、各圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂの自由端に形成された電気的接続部７４０８ａ、７４０８ｂに正電位を印加することができ、超音波導波管７４０２への電気的接続部７４１０に接地電位を印加することができる。図１５に示されるように、例えば、図２Ｂに関連して説明されように、電圧Ｖは、長手方向軸ＬＡの振動方向において、圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂに接触するように印加される。超音波導波管７４０２と圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂの固定端との間の電気的接続部は、導電性エポキシ７４０６によって提供することができる。圧電素子７４０４ａ、７４０４ｂは、図８〜図１１又は図１２Ａ〜１２Ｃに関連して説明される結合材料等の様々な結合材料を使用して、超音波導波管７４０２に取り付けることができる。
【００７５】
他の態様において、Ｄ３１超音波トランスデューサアーキテクチャ構成において、本開示は、各圧電素子（例えば、ＰＺＴプレート）の両側のＤ３１電気的接点にエネルギー源を電気的に接続するための方法を提供する。接地接続は、圧電素子から超音波導波管への電気的接点がある場合に、超音波導波管に行うことができる。一態様において、本方法は、圧電素子に損傷が生じるのを防止するために、又は最小にするために低温（１５０℃未満）で実行される。電気的接続部は、ヒートシンクとして用いることができる。これらの技術は、図１６に関連して下で説明する。
【００７６】
図１６は、本開示の一態様による、結合材料によって超音波導波管７５０２に取り付けられた超音波トランスデューサ７５１０を含む超音波外科用器具７５００を例示し、超音波外科用器具７５００は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。超音波トランスデューサ７５１０は、超音波導波管７５０２の両側に結合材料によって取り付けられた圧電素子７５０６ａ、７５０６ｂを含む。一態様において、結合材料は、導電性接着剤７５０８である。本開示の一態様によれば、導電性プレート７５０４ａ、７５０４ｂは、それぞれ、導電性接着剤７５０８等の結合材料によって、圧電素子７５０６ａ、７５０６ｂに取り付けられる。電気的接続方法は、圧電素子７５０６ａ、７５０６ｂを、片側で、導電性プレート７５０４ａ、７５０４ｂ（例えば、銅プレート又はシート）の内面に直接はんだ付けし、反対側で、超音波導波管７５０２にはんだ付けすることを含む。導電性エポキシ７５０８は、導電性プレート７５０４ａ、７５０４ｂと圧電素子７５０６ａ、７５０６ｂの自由端との間に塗布される。導電性エポキシ７５０８はまた、圧電素子７５０６ａ、７５０６ｂの固定端と超音波導波管７５０２との間にも塗布される。ワイヤ等の導電性要素は、導電性プレート７５０４ａ、７５０４ｂに、及び超音波導波管７５０２に接続することができる。一態様において、超音波導波管７５０２は、スタンプ加工によって形成することができ、電気的接続部特徴を超音波導波管７５０２に加えることができる。導電性プレート７５０４ａ、７５０４ｂは、銅プレートから形成することができ、また、ケーブル上の雌型電気コネクタに組み立てることができる。圧着接続部は、超音波導波管７５０２及び導電性プレート７５０４ａ、７５０４ｂ（例えば、銅シート）上にスタンプ加工すること、又は形成することができる。ワイヤへの接続部は、組み立て中に圧着することができる。様々な態様において、電気的接続プロセスは、上記の任意の組み合わせを含むことができる。
【００７７】
図１７及び図１８は、結合材料によって超音波導波管７６０２に取り付けられた超音波トランスデューサ７６２４を含む超音波外科用器具７６００を例示し、超音波外科用器具７６００は、Ｄ３１モードで動作するように構成される。図１７及び図１８に示されるように、本開示の一態様によれば、超音波外科用器具７６００は、音叉状のフレーム７６０６を含む超音波導波管７６０２に音響的に連結された単一の中央平面超音波トランスデューサ７６２４を含む。超音波導波管７６０２及び音叉状のフレーム７６０６は、本開示の全体を通して説明されるように、金属（例えばチタン又はチタン合金）で作製される。音叉状のフレーム７６０６は、上部プロング７６２２ａと、超音波トランスデューサ７６２４を内部に受容するためにＵ字形状の開口７６０８を上部プロングとの間に画定する下部プロング７６２２ｂと、を含む。一態様において、音叉状のフレーム７６０６の構成は、超音波トランスデューサ７６２４の頂部側及び底部側を拘束して、より多くの振動エネルギーを超音波導波管７６０２に連結する。例えば、単一の中央平面の超音波トランスデューサ７６２４は、単一の圧電素子７６１２（例えば、ＰＺＴ）と、導電性エポキシ、はんだ、又は金属はんだ合金等の導電性結合材料によって圧電素子７６１２の頂部側及び底部側に取り付けられた導電性プレート７６１８ａ、７６１８ｂと、を含む。音叉状のフレーム７６０６の上部プロング７６２２ａは、頂部導電性プレート７６１８ａへのアクセスを電気的接続部に提供するために、開口７６０４を画定する。超音波トランスデューサ７６２４は、矢印７６２２の方向においてＵ字形状の開口７６０８に摺動可能に挿入され、次いで、図１８に示されるように内部に固定される。
【００７８】
図１８は、本開示の一態様による、図１７に示される超音波外科用器具７６００の断面図であり、超音波トランスデューサ７６２４が、超音波導波管７６０２の音叉状のフレーム７６０６によって画定されたＵ字形状の開口７６０８の中へ挿入される。超音波トランスデューサ７６２４をＵ字形状の開口７６０８の中へ挿入する前に、電気絶縁性接着剤７６１４（例えば、電気絶縁性導電性エポキシ）等の第１の結合材料が、音叉状のフレーム７６０６の上部プロング７６２２ａの内面７６１０ａ若しくは上部導電性プレート７６１８ａのいずれかに、又は両方に塗布される。電気絶縁性接着剤７６１４は、上部導電性要素７６１８ａから音叉状のフレーム７６０６及び超音波導波管７６０２を電気的に絶縁する。同じく、超音波トランスデューサ７６２４をＵ字形状の開口７６０８に挿入する前に、導電性接着剤７６１６（例えば、導電性エポキシ）等の第２の結合材料が、音叉状のフレーム７６０６の下部プロング７６２２ｂの内面７６１０ｂ若しくは下部導電性プレート７６１８ｂのいずれかに、又は両方に塗布される。導電性接着剤７６１６は、下部導電性プレート７６１８ｂを音叉状のフレーム７６０６及び超音波導波管７６０２に電気的に結合する。
【００７９】
超音波トランスデューサ７６２４がＵ字形状の開口７６０８に挿入されると、電気絶縁性接着剤７６１４及び導電性接着剤７６１６が硬化して、超音波トランスデューサ７６２４を超音波導波管７６０２の音叉状のフレーム７６０６に結合する。エネルギー源の一方の極（例えば、正極）は、開口７６０４を通して上部導電性プレート７６１８ａに電気的に接続される。エネルギー源の別の極（例えば、負極又は接地極）は、導電性接着剤７６１６を通して超音波導波管７６０２及び音叉状のフレーム７６０６に、並びに下部導電性プレート７６１８ｂに電気的に接続される。一般に、エネルギー源の正極は、上部導電性プレート７６１８ａに接続され、エネルギー源の負極又は接地極は、超音波導波管７６０２又は音叉状のフレーム７６０６に接続される。それでもなお、エネルギー源の負極又は接地極が上部導電性プレート７６１８ａに接続され、エネルギー源の正極が超音波導波管７６０２又は音叉状のフレーム７６０６接続される構成が、本開示によって想到される。
【００８０】
一態様において、本開示は、金属成分がスエージ加工プロセスによって接合される、Ｄ３３超音波トランスデューサ構成を提供する。Ｄ３３圧電素子は、音叉状の金属フレーム内に位置付けられ、フレームの近位端に挿入される金属プラグによって圧縮される。金属プラグは、スエージ加工プロセスによって金属フレームに接合される。スエージ加工は、部材が押し付けられるダイを使用して部材の寸法を変化させる鍛造プロセスである。スエージ加工は、通常、冷間加工プロセスであるが、熱間加工することもできる。アセンブリ固定具は、スエージ加工プロセス中に圧縮力を印加して、スタック内に圧縮応力を残す。圧縮力は、圧電スタック電圧を測定することによって測定することができる。別の構成は、Ｕ字形状フレームを含み、Ｕ字形状フレームの遠位端には、開口部が提供される。圧電スタックの圧縮は、超音波ホーン／導波管（例えば、チタン又はチタン合金）を開口部の中へ挿入し、圧電スタックが圧縮下にある間に、構成要素をスエージ加工すること、又はねじ切りすることのいずれかによって達成される。フレームは、超音波ホーン／導波管と異なる材料、例えばアルミニウムで作製することができる。これらの態様は、図１９〜図２１に関連して下で説明する。
【００８１】
図１９Ａ及び１９Ｂは、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ７７００の構成を例示する。図１９Ａでは、金属フレーム７７０８の近位端にＵ字形状の開口７７０２を画定する音叉状の金属フレーム７７０８が提供される。音叉状の金属フレーム７７０８は、本明細書で説明するように、金属（例えばチタン又はチタン合金）で作製される。図１９Ｂに示されるように、複数の圧電素子７７０６ａ、７７０６ｂ、７７０６ｃ、７７０６ｄがＵ字形状の開口７７０２に挿入されて、圧電ランジュヴァンスタックを形成する。金属プラグ７７０４は、プラグ７７０４が圧電スタックに接触するまで、音叉状の金属フレーム７７０８の近位端に挿入される。アセンブリ固定具は、遠位端から圧縮力ＦＡ１を印加し、近位端から圧縮力ＦＡ２を印加して、ハウジング７７０８内の圧電素子７７０６ａ〜７７０６ｄのスタックを圧縮する。スエージ加工力ＦＳは、金属プラグ７７０４に印加されて、金属プラグ７７０４を音叉状の金属フレーム７７０８と接合して、圧電素子７７０６ａ〜７７０６ｄのスタックを圧縮下に維持する。
【００８２】
図２０は、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ７８００の構成を例示する。超音波トランスデューサ７８００は、複数の圧電素子７８０４ａ、７８０４ｂ、７８０４ｃ、７８０４ｄが位置付けられてランジュヴァンスタックを形成するＵ字形状の開口を画定する、Ｕ字形状の金属ハウジング７８０２を含む。超音波ホーン／導波管７８０６は、プラグ７８０６が圧電素子７８０４ａ〜７８０４ｄのスタックに接触するまで、Ｕ字形状の金属ハウジング７８０２の遠位端に挿入される。アセンブリ固定具は、遠位端から圧縮力ＦＡ１を印加し、近位端から圧縮力ＦＡ２を印加して、金属ハウジング７８０２（例えば、アルミニウム）内の圧電素子７８０４ａ〜７８０４ｄを圧縮する。スエージ加工力ＦＳは、超音波ホーン／導波管７８０６に印加されて、金属ハウジング７８０２を超音波ホーン／導波管７８０６に接合して、圧電素子７８０４ａ〜７８０４ｄのスタックを圧縮下に維持する。
【００８３】
図２１は、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ７９００の構成を例示する。超音波トランスデューサ７９００は、複数の圧電素子７９０４ａ、７９０４ｂ、７９０４ｃ、７９０４ｄをランジュヴァンスタックの形態で受容するために、Ｕ字形状の開口を画定するＵ字形状の金属ハウジング７９０２を含む。Ｕ字形状の金属ハウジング７９０２の遠位端は、雌ねじ７９０６を含む、超音波ホーン／導波管７９１０は、雄ねじ７９０８を含む。超音波ホーン／導波管７９１０は、Ｕ字形状の金属ハウジング７９０２にねじ込み係合される。アセンブリ固定具は、遠位端から圧縮力ＦＡ１を印加し、近位端から圧縮力ＦＡ２を印加して、ハウジング７９０２内の圧電素子７９０４ａ〜７９０４ｄのスタックを圧縮する。ねじ切りＦＴは、超音波ホーン／導波管７９１０に印加されて、圧電素子７９０４ａ〜７９０４ｄのスタックが圧縮下にある間に、超音波ホーン／導波管７９１０をハウジング７９０２にねじ接合する。
【００８４】
図２２Ａ〜Ｄは、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ１００００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１００００は、複数の圧電素子１０００６ａ〜ｄをランジュヴァンスタックの形態で受容するように構成される開口１０００２をその近位端に画定する、Ｕ字形状の金属ハウジング１０００８を含む。プラグ１０００４は、圧電素子１０００６ａ〜ｄのスタックに接触するまで、Ｕ字形状の金属ハウジング１０００８の近位端に挿入される。プラグ１０００４は、図２２Ａに表されるようなＴ字形状の構成、図２２Ｂに表されるような丸みのある縁部、図２２Ｂ〜Ｃに表されるようなＩ字形状の構成、図２２Ｄに表されるような矩形の構成、又は任意の他のそのような好適な構成を有することができる。アセンブリ固定具は、遠位端から圧縮力ＦＡ１を印加し、近位端から圧縮力ＦＡ２を印加して、ハウジング１０００８内の圧電素子１０００６ａ〜ｄのスタックを圧縮する。所望の圧縮力（例えば、圧電素子１０００６ａ〜ｄのスタックの電圧によって測定される）が達成されると、圧電素子１０００６ａ〜ｄのスタックが圧縮下にある間に、結合１００１０が、プラグ１０００４とハウジング１０００８との間の相互作用点に適用される。アセンブリ固定具は、結合１００１０が圧電素子１０００６ａ〜ｄのスタックに対する所望の圧縮力を独立して維持するのに十分な強さになるまで、圧縮力ＦＡ１、ＦＡ２を維持することができる。結合１００１０としては、例えば、接着樹脂、又は図２１に関して上で説明したような補完的なねじ切りを挙げることができる。結合１００１０はまた、例えば溶接又はろう付けを含む作製プロセスを通して達成することもできる。結合１００１０を確立又は作製するためのプロセスが、圧電素子１０００６ａ〜ｄ内に非分極を生成するために十分高い温度を必要とする場合、超音波トランスデューサ１００００は、組み立て後に分極又は再分極することができる。
【００８５】
図２３は、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ１０１００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０１００は、複数の圧電素子１０１０６ａ〜ｄをランジュヴァンスタックの形態で受容するように構成される開口をその遠位端に画定するＵ字形状の金属ハウジング１０１０８を含む。プラグを画定する超音波導波管１０１０２の近位端１０１０３は、それが圧電素子１０１０６ａ〜ｄのスタックに接触するまで、Ｕ形状の金属ハウジング１０１０８の遠位端に挿入される。アセンブリ固定具は、遠位端から圧縮力ＦＡ１を印加し、近位端から圧縮力ＦＡ２を印加して、ハウジング１０１０８内の圧電素子１０１０６ａ〜ｄのスタックを圧縮する。所望の圧縮力（例えば、圧電素子１０１０６ａ〜ｄのスタックの電圧によって測定される）が達成されると、圧電素子１０００６ａ〜ｄのスタックが圧縮下にある間に、結合１０１０４が、超音波導波管１０１０２とハウジング１０１０８との間の相互作用点に適用される。アセンブリ固定具は、結合１０１０４が圧電素子１０１０６ａ〜ｄのスタックに対する所望の圧縮力を独立して維持するのに十分な強さになるまで、圧縮力ＦＡ１、ＦＡ２を維持することができる。結合１０１０４は、例えば、接着樹脂、又は図２１に関して上で説明したような補完的なねじ切りを挙げることができる。結合１０１０４はまた、例えば溶接又はろう付けを含む作製プロセスを通して達成することもできる。結合１０１０４を確立又は作製するためのプロセスが、圧電素子１０１０６ａ〜ｄ内に非分極を生成するために十分高い温度を必要とする場合、超音波トランスデューサ１０１００は、組み立て後に分極又は再分極することができる。超音波導波管１０１０２は、ハウジング１０１０８と同じ金属材料から、又は異なる金属材料から、例えばアルミニウムから構成することができる。
【００８６】
図２４Ａ〜Ｃは、本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ１０２００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０２００は、形状記憶合金から構成されたハウジング１０２０２と、ハウジング１０２０２の内部に配置されたトランスデューサベースプレート１０２０８（例えば、トランスデューサ装着部分）と、ハウジング１０２０２の近位開口１０２１０を通って延在する超音波導波管１０２０６と、を含む。トランスデューサベースプレート１０２０８は、圧電素子を受容するために、両側に平坦面を備える。ハウジング１０２０２が構成される形状記憶合金としては、例えば、ＣｕＡｌＴｉ及びＮｉＴｉ合金を挙げることができる。様々な態様において、図２４Ｃに表されるように、ハウジング１０２０２の形状記憶合金は、ハウジング１０２０２の加工形状よりも小さい（即ち、ハウジング１０２０２を利用して、超音波トランスデューサ１０２００の組み立てを開始する形状）、デフォルト形状１０２１２（即ち、加熱したときにハウジング１０２０２が戻る形状）を有する。一態様において、ハウジング１０２０２のデフォルト形状１０２１２は、軸方向及び半径方向の両方において、ハウジング１０２０２の加工形状よりも小さい。代替の態様において、デフォルト形状１０２１２は、ハウジング１０２０２の加工形状と比較して、任意の数の寸法においてより小さくすることができる。デフォルト形状１０２１２の寸法は、超音波トランスデューサ１０２００の全ての構成要素が動作可能に連結される、超音波トランスデューサ１０２００の最終的な所望の寸法に対応するように算出される。ハウジング１０２０２は、様々な形状、例えば、円筒形状等を有することができる。
【００８７】
ハウジング１０２０２は、そこを通る圧電素子を受容するように構成される複数のスロット１０２０４ａ、１０２０４ｂを含む。表される態様において、スロット１０２０４ａ、１０２０４ｂは、ハウジング１０２０２上に長手方向に配設され、スロット１０２０４ａ、１０２０４ｂは、それぞれ、ハウジング１０２０２内でトランスデューサベースプレート１０２０８の片側に沿って延在する。圧電素子は、各圧電素子がＤ３１構成でトランスデューサベースプレートの反対側に位置付けられるように、スロット１０２０４ａ、１０２０４ｂのそれぞれを通して挿入することができる。代替の態様において、スロットは、Ｄ３３構成等の代替の構成で圧電素子をハウジング１０２０２内に配置することができるように、数及び配向を変更することができる。図２４Ｃに表されるように、圧電素子がスロット１０２０４ａ、１０２０４ｂ内に位置されると、ハウジング１０２０２の形状記憶合金をデフォルト形状１０２１２に戻す温度まで超音波トランスデューサ１０２００を加熱する。ハウジング１０２０２がそのデフォルト形状１０２１２に戻るときに、ハウジングは、軸方向圧縮力ＦＡ及び上の半径方向圧縮力ＦＲを内部の構成要素に及ぼす。圧縮力ＦＡ、ＦＲの１つの効果は、圧電素子をトランスデューサベースプレート１０２０８と確実に接触させ、Ｄ３１構成で適所に保持することである。圧電素子は、その後に、上で説明したように、電気的に励振して、超音波振動を誘発する。第２の効果は、圧縮力ＦＡ、ＦＲが、超音波導波管１０２０６をトランスデューサベースプレート１０２０８に接合させて、これらの構成要素を適所で確実に保持し、よって、トランスデューサベースプレート１０２０８を通して超音波振動を超音波導波管１０２０６に伝達することができることである。組み立てた時点で、Ｄ３１超音波トランスデューサ１０２００のこの態様は、例えば外科用器具に関連して利用することができる。ハウジング１０２０２の形状記憶合金を加熱するためのプロセスが、圧電素子内に非分極を生成するために十分高い温度を必要とする場合、超音波トランスデューサ１０２００は、組み立て後に分極又は再分極することができる。
【００８８】
図２５Ａ〜Ｃは、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ１０３００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０３００は、複数の圧電素子１０３０６ａ〜ｄをランジュヴァンスタックの形態で受容するように構成される開口１０３０２を画定するＵ字形状の金属ハウジング１０３０８をその近位端に含む。プラグ１０３０４ａは、圧電素子１０３０６ａ〜ｄのスタックに接触するまでＵ字形状の金属ハウジング１０３０８の近位端に挿入される。プラグ１０３０４ａがハウジング１０３０８に挿入されると、プラグ１０３０４ａに配置されたねじ切り１０３１２が、ハウジングの内面１０３０８に配置された補完的なねじ切り１０３１０に係合し、プラグ１０３０４ａを圧電素子１０３０６ａ〜ｄのスタックに対して確実に締め付けて、スタックに対して圧縮力を及ぼすことを可能にする。所望の圧縮力（例えば、圧電素子１０３０６ａ〜ｄのスタックの電圧によって測定される）が達成されると、プラグ１０３０４ａの締め付けを止めることができる。締め付けられると、係合したねじ切り１０３１０、１０３１２は、プラグ１０３０４ａを適切な位置に維持する。超音波トランスデューサ１０３００の組み立て前に圧電素子１０３０６ａ〜ｄを分極することができ、又は組み立て後に超音波トランスデューサ１０３００を分極若しくは再分極することができる。
【００８９】
図２５Ｄは、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ１０３００の構成を例示する。この態様において、プラグ１０３０４ｂは、ナット１０３１４の補完的なねじ切り１０３１８と係合するねじ切り１０３１６を含む。ナット１０３１４がプラグ１０３０４ｂとねじ込み可能に係合するときに、ナット１０３０４ｂを締め付けることで、上で説明したように、プラグ１０３０４ｂをハウジング１０３０８の内部に駆動させ、圧電素子１０３０６ａ〜ｄのスタックと接触させて、スタックに対する圧縮力を及ぼす。表される態様において、プラグ１０３０４ｂには、ハウジング１０３０８の内部ねじ切りと係合するねじ切りがない。代替の態様において、超音波トランスデューサ１０３００は、図２５Ａ〜Ｃに関して上で説明したように、プラグ１０３０４ｂにねじ込み可能に係合するナット１０３１４と、ハウジング１０３０８の内部ねじ切り１３３１０と係合するプラグねじ切り１０３１２との組み合わせを含むことができる。
【００９０】
図２５Ｅは、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサの構成を例示する。この態様において、超音波トランスデューサ１０３００は、プラグ１０３０４ｃを適切な位置に維持するために、ハウジング１０３０８を通って延在し、プラグ１０３０４ｃに係合するように構成される、１つ又は２つ以上の締結具１０３２２ａ、１０３２２ｂを含む。締結具１０３２２ａ、１０３２２ｂは、例えば、プラグ１０３０４ｃにねじ込み可能に係合するように構成される、ねじを含むことができる。締結具１０３２２ａ、１０３２２ｂは、例えば、ハウジング１０３０８の遠位端から近位端に長手方向に通って延在して、プラグ１０３０４ｃに係合するように構成することができる。締結具１０３２２ａ、１０３２２ｂがプラグ１０３０４ｃと係合すると、上で説明したように、締結具１０３２２ａ、１０３２２ｂを締め付けることで、プラグ１０３０４ｃを圧電素子１０３０６ａ〜ｄのスタックと接触させ、それに対して圧縮力を及ぼさせる。表される態様において、プラグ１０３０４ｃには、ハウジング１０３０８の内部ねじ切りと係合するねじ切りが欠如している。代替の態様において、超音波トランスデューサ１０３００は、図２５Ａ〜Ｃに関して上で説明したように、プラグ１０３０４ｃに係合する締結具１０３２２ａ、１０３２２ｂと、ハウジング１０３０８の内部ねじ切り１３３１０と係合するプラグねじ切り１０３１２との組み合わせを含むことができる。
【００９１】
図２６Ａ〜Ｄは、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサの構成及びその組み立てプロセスを例示する。超音波トランスデューサ１０４００は、複数の圧電素子１０４０６ａ〜ｄをランジュヴァンスタックの形態で受容するように構成される開口１０４０２をその近位端に画定する、Ｕ字形状の金属ハウジング１０４０８を含む。ハウジング１０４０８は、開口１０４０２を画定する対向面のそれぞれに沿って長手方向に延在する、チャネル１０４１０を更に含む。プラグ１０４０４は、ハウジングの１０４０８の対向する内側に沿って延在するチャネル１０４１０に摺動可能に係合するように構成される、一対のタブ１０４１２ａ、１０４１２ｂを含む。図２６Ａに表されるように、プラグ１０４０４は、圧電素子１０４０６ａ〜ｄのスタックに接触するまで、チャネル１０４１０に沿って、Ｕ字形状の金属ハウジング１０４０８の近位端に挿入される。図２６Ｃに表されるように、次いで、アセンブリ固定具が圧縮力Ｆ１をプラグ１０４０４に印加して、ハウジング１０００８内の圧電素子１０４０６ａ〜ｄのスタックを圧縮する。図２６Ｄに表されるように、所望の圧縮力（例えば、圧電素子１０４０６ａ〜ｄのスタックの電圧によって測定される）が達成されると、圧電素子１０４０６ａ〜ｄのスタックが圧縮下にある間に、第２の圧縮力Ｆ２がハウジング１０４０８に印加される。圧縮力Ｆ２は、チャネル１０４１０（及び内部に位置させたタブ１０４１２ａ、１０４１２ｂ）を変形させ、プラグ１０４０４を適所に係止する。圧縮力Ｆ２は、例えば打抜きプレスによって印加することができる。超音波トランスデューサ１０４００の組み立て前に圧電素子１０４０６ａ〜ｄを分極することができ、又は組み立て後に超音波トランスデューサ１０４００を分極若しくは再分極することができる。
【００９２】
図２７は、本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ１０５００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０５００は、圧電素子１０５０６ａ〜ｂを受容するために反対側に平坦面を備えるトランスデューサベースプレート１０５０４（例えば、トランスデューサ装着部分）を受容するように構成される開口１０５０２をその近位端に画定する、Ｕ字形状の金属ハウジング１０５０８を含む。圧電素子１０５０６ａ〜ｂは、例えばエポキシ層１０５１８ａ〜ｂを介して、トランスデューサベースプレート１０５０４に固定することができる。トランスデューサベースプレート１０５０４は、遠位端１０５１４で終端する長手方向又は軸方向部分１０５１２と、軸方向部分１０５１２の近位端に取り付けられた横部分１０５１０とを含む、略Ｔ字形状の構成を有する。一態様において、圧電素子１０５０６ａ〜ｂ及び軸方向部分１０５１２は、トランスデューサベースプレート１０５０４が開口１０５０２に挿入されるときに、圧電素子及び軸方向部分が、開口１０５０２を画定する内面（複数可）１０５２４とのプレス嵌合又は干渉嵌合を形成するように寸法決定される。干渉嵌合は、圧電素子１０５０６ａ〜ｂを軸方向及び／又は半径方向に圧縮する。圧電素子１０５０６ａ〜ｂのこの事前圧縮は、超音波トランスデューサ１０５００の性能を高める。ハウジング１０５０８は、トランスデューサベースプレート１０５０４の遠位端１０５１４を受容するように構成されるスロット１０５１６を更に含む。一態様において、遠位端１０５１４及びスロット１０５１６は、プレス嵌合又は干渉嵌合で係合するように構成さる。別の態様において、遠位端１０５１４は、接着樹脂、締結具、溶接、ろう付け、物理変形継手、又は別のそのような固定方法を介して、スロット１０５１６に結合される。説明される様態でトランスデューサベースプレート１０５０４がハウジング１０５０８に固定されると、圧電素子１０５０６ａ〜ｂによって生成された超音波振動がトランスデューサベースプレート１０５０４を通して超音波導波管に伝達される。トランスデューサベースプレート１０５０４の横部分１０５１０は、開口１０５０２を封止する、又は塞ぐように構成される。一態様において、横部分１０５１０の１つ又は２つ以上の表面１０５２０ａ〜ｂは、接着樹脂、締結具、溶接、ろう付け、物理変形継手、又は別のそのような固定方法を介して、ハウジング１０５０８の対向面１０５２２ａ〜ｂに固定される。超音波トランスデューサ１０５００の組み立て前に圧電素子１０５０６ａ〜ｂを分極することができ、又は組み立て後に超音波トランスデューサ１０５００を分極若しくは再分極することができる。
【００９３】
図２８は、本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ１０６００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０６００は、圧電素子１０６０６ａ〜ｂを内部に受容するようにそれぞれが構成される１つ又は２つ以上の凹部１０６０２を画定する、金属ハウジング１０６０８を含む。凹部１０６０２の寸法は、圧電素子１０６０６ａ〜ｂが内部に挿入されるときに、凹部１０６０２が圧電素子１０６０６ａ〜ｂを適所に固定して保持するように、圧電素子１０６０６ａ〜ｂの精密許容差に等しい。表される態様において、金属ハウジング１０６０８は、第１の凹部１０６０２と、第１の凹部１０６０２の反対側に配置された第２の凹部（図示せず）とを含む。各凹部１０６０２は、その側部に沿って配置された複数の空洞１０６１０を含む。各空洞１０６１０は、圧電素子１０６０６ａ〜ｂの縁部に沿って配置された、対応するタブ１０６０４を確実に受容するようにサイズ決定され、成形される。凹部１０６０２を有するハウジング１０６０８は、例えば金属射出成型を介して作製することができる。
【００９４】
凹部１０６０２の寸法は、圧電素子１０６０６ａ〜ｂの寸法に実質的に等しく、タブ１０６０４は、圧電素子１０６０６ａ〜ｂの外周を越えて延在するので、圧電素子１０６０６ａ〜ｂは、標準状態下で、凹部１０６０２の中へ挿入することができない。超音波トランスデューサ１０６００を組み立てる一態様では、ハウジング１０６０８を、ハウジング１０６０８が構成される材料を伸張させる、及び／又は可鍛性にする温度まで加熱する。ハウジング１０６０８が適切な温度まで加熱された後に、次いで、タブ１０６０４がそれぞれ対応する空洞１０６１０に係合するように、圧電素子１０６０６ａ〜ｂを凹部１０６０２の中へ挿入する。次いで、組み立てた超音波トランスデューサ１０６００を冷却する。いくつかの態様では、超音波トランスデューサ１０６００を冷却するときに、追加的に圧縮する。超音波トランスデューサ１０６００を冷却する（及び随意に、外部圧縮を受けさせる）と、凹部１０６０２が内部に圧電素子１０６０６ａ〜ｂの周囲を圧縮し、タブ１０６０４を空洞１０６１０内に固定させ、それによって、圧電素子１０６０６ａ〜ｂを適所に固定する。ハウジング１０６０８が金属射出成型を利用して作製される態様では、焼結プロセス中にハウジング１０６０８が収縮するので、ハウジング１０６０８を焼結させる前に、圧電素子１０６０６ａ〜ｂを凹部１０６０２の中へ挿入することができる。代替的に、ハウジング１０６０８は、熱間静水圧プレス工程中にも収縮するので、ハウジング１０６０８を焼結させた後であるが、金属射出成型プロセスの熱間静水圧プレス工程の前に、圧電素子１０６０６ａ〜ｂを凹部１０６０２の中へ挿入することができる。代替の態様では、ハウジング１０６０８ではなく、圧電素子１０６０６ａ〜ｂを凹部１０６０２の中へ挿入することを可能にする温度まで、圧電素子１０６０６ａ〜ｂを加熱する。加熱した圧電素子１０６０６ａ〜ｂが凹部１０６０２内に配置されると、次いで、超音波トランスデューサ１０６００を、外部圧縮の有無にかかわらず、上で説明したように冷却する。超音波トランスデューサ１０６００を加熱するためのプロセスが、圧電素子１０６０６ａ〜ｂ内に非分極を生成するために十分高い温度を必要とする場合、超音波トランスデューサ１０６００は、組み立て後に分極又は再分極することができる。
【００９５】
図２９Ａ〜Ｂは、本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ１０７００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０７００は、そこを通って延在する１つ又は２つ以上の開口１０７０２を画定する、金属ハウジング１０７０８を含む。一態様において、開口１０７０２は、ハウジング１０７０８を横断して延在する、押し出し貫通穴である。開口１０７０２は、圧電素子１０７０６を内部に受容するように構成される。表される態様において、超音波トランスデューサ１０７００は、単一の開口１０７０２を備えるが、超音波トランスデューサ１０７００は、任意の数の開口１０７０２及び対応する圧電素子１０７０６を含むことができる。開口１０７０２の寸法は、圧電素子１０７０６が内部に挿入されるときに、開口１０７０２が圧電素子１０７０６を適所に固定して保持するように、圧電素子１０７０６の寸法の精密許容差に等しい。開口（複数可）１０７０２を有するハウジング１０７０８は、例えば金属射出成型を介して作製することができる。
【００９６】
超音波トランスデューサ１０７００を組み立てる一態様では、ハウジング１０７０８を、ハウジング１０７０８が構成される材料を伸張させる、及び／又は可鍛性にする温度まで加熱する。ハウジング１０７０８が適切な温度まで加熱された後に、次いで、圧電素子１０７０６を開口１０７０２の中へ挿入する。次いで、組み立てた超音波トランスデューサ１０７００を冷却する。いくつかの態様では、超音波トランスデューサ１０７００を冷却するときに、追加的に圧縮する。超音波トランスデューサ１０７００を冷却する（及び随意に、外部圧縮を受けさせる）と、凹部１０７０２が内部に圧電素子１０７０６の周囲を圧縮し、圧電素子１０７０６の表面と開口１７０２の表面との間の摩擦係合により、圧電素子１０７０６を適所に固定する。ハウジング１０７０８が金属射出成型を利用して作製される態様では、焼結プロセス中にハウジング１０７０８が収縮するので、ハウジング１０７０８を焼結させる前に、圧電素子１０７０６を開口１０７０２の中へ挿入することができる。代替的に、ハウジング１０７０８は、熱間静水圧プレス工程中にも収縮するので、ハウジング１０７０８を焼結させた後であるが、金属射出成型プロセスの熱間静水圧プレス工程の前に、圧電素子１０７０６を開口１０７０２の中へ挿入することができる。代替の態様では、ハウジング１０７０８ではなく、圧電素子１０７０６を開口１０７０２の中へ挿入することを可能にする温度まで、圧電素子１０７０６を加熱する。加熱した圧電素子１０７０６が開口１０７０２内に配置されると、超音波トランスデューサ１０７００を組み立てるプロセスは、上述した態様と同じである。超音波トランスデューサ１０７００を加熱するためのプロセスが、圧電素子１０７０６内に非分極を生成するために十分高い温度を必要とする場合、超音波トランスデューサ１０７００は、組み立て後に分極又は再分極することができる。
【００９７】
図３０Ａ〜Ｄは、本開示の一態様による、Ｄ３１超音波トランスデューサ１０８００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０８００は、トランスデューサベースプレート１０８０２と、Ｄ３１構成のトランスデューサベースプレート１０８０２（例えば、トランスデューサ装着部分）の対向面に結合された複数の圧電素子１８０６ａ〜ｂと、圧電素子１８０６ａ〜ｂのそれぞれの外面に結合された圧縮プレート１０８０８ａ〜ｂとを含む。超音波トランスデューサ１０８００の様々な構成要素を、例えば導電性エポキシ接着剤によって、互いに結合することができる。図３０Ａ〜Ｂに表される態様において、トランスデューサベースプレート１０８０２、圧電素子１８０６ａ〜ｂ、及び圧縮プレート１０８０８ａ〜ｂは、一連の開口を含み、開口は、構成要素を共に固定するときにそこを通して締結具１０８０４を受容することができるように、互いに整列するように構成される。締結具１０８０４は、例えば、相補型ナット１０８１０を有するねじを含む。図３０Ｃ〜Ｄに表される代替の態様では、圧縮プレート１０８０８ａ〜ｂだけが一連の開口を含み、開口は、構成要素を共に固定するときにそこを通して締結具１０８０４ａ〜ｂを受容することができるように、互いに整列するように構成される。これらの締結具１０８０４ａ〜ｂは、同様に、例えば、相補型ナット１０８１０ａ〜ｂを有するねじを含むことができる。締結具（複数可）１０８０４を締め付けることで、追加的な圧縮力を超音波トランスデューサ１０８００に印加し、これは、超音波トランスデューサ１０８００の性能を高めることができる。いくつかの態様において、圧縮プレート１０８０８ａ〜ｂは、超音波トランスデューサ１０８００の熱放散を支援することができる金属材料から構成される。
【００９８】
図３１は、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ１０９００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１０９００は、複数の圧電素子１０９０６ａ〜ｄをランジュヴァンスタックの形態で受容するように構成される、開口内部１０９０２を画定する金属ハウジング１０９０８を含む。超音波トランスデューサ１０９００は、ハウジング１０９０８の近位端に配置されたねじ付き開口１０９１２を通ってハウジング内部１０９０２の中へ延在する、ねじ付きプラグ又はねじ付きロッド１０９０４を更に含む。ねじ付きロッド１０９０４を締め付けると、その遠位端１０９１０が圧電素子１０９０６ａ〜ｄのスタックに接触し、圧縮力を印加して、ハウジング１０９０８内の圧電素子１０９０６ａ〜ｄのスタックを圧縮する。所望の圧縮力が達成されると、ねじ付きロッド１０９０４が、ねじ付き開口１０９１２とのその係合により、特定の締め付け位置に維持される。ねじ付きロッド１０９０４によって印加される圧縮力の程度は、超音波トランスデューサ１０９００の分解を必要とすることなく圧電素子１０９０６ａ〜ｄのスタックの周波数を調整するために、ねじ付きロッド１０９０４を緩める、又は締め付けることによって調整することができる。いくつかの態様において、超音波トランスデューサ１０９００は、圧電素子１０９０６ａ〜ｄのスタックに印加する圧縮力の程度に従って、動作周波数の間で切り換えることができる。超音波トランスデューサ１０９００を外科用器具と併せて利用するときに、電界の動作周波数の間で切り換えることができることで、超音波トランスデューサ１０９００を、外科用器具によって起こる組織効果に、又は異なるエンドエフェクタタイプに調整することを可能にすることができる。
【００９９】
図３２Ａ〜Ｂは、本開示の一態様による、複数対の圧電素子を有するＤ３１超音波トランスデューサ１１０００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１１０００はトランスデューサベースプレート１１００８（例えば、トランスデューサ装着部分）の第１の面に配置された第１のトランスデューサアレイ１１００２ａと、トランスデューサベースプレート１１００８の、第１の面に対向する第２の面に配置された第２のトランスデューサアレイ１１００２ｂとを含む。図３２Ａに表される態様において、トランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｂは、Ｄ３１構成で配設される。トランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｂは、それぞれ、互いに隣接して配設された第１の圧電素子１１００６ａと、第２の圧電素子１１００６ｂとを含む。表される態様において、圧電素子１１００６ａ〜ｂは、トランスデューサベースプレート１１００８の長手方向軸に対して長手方向に配設される。他の態様において、圧電素子１１００６ａ〜ｂは、トランスデューサベースプレート１０００８に対して直交方向等の、他の配向で配設される。いくつかの態様において、対向するトランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｂの圧電素子１１００６ａ〜ｂは、マッチング対で配設される。換言すれば、第１のトランスデューサアレイ１０００２ａの圧電素子１１００６ａ〜ｂは、それぞれ、第２のトランスデューサアレイ１１００２ｂの対応する圧電素子と整列される。表される態様において、圧電素子１１００６ａ〜ｂは、矩形形状であり、トランスデューサアレイ１１００２ａは、正方形形状である。
【０１００】
図３２Ｂに表される態様において、トランスデューサアレイ１１００２ｃは、互いに隣接して配設された第１の圧電素子１１００６ｃと、第２の圧電素子１１００６ｄと、第３の圧電素子１１００６ｅと、第４の圧電素子１１００６ｆとを含む。一態様において、圧電素子１１００６ｃ〜ｆは、トランスデューサアレイ１１００２ｃの平面のｘ軸及びｙ軸の両方に沿って対称的に配設される。表される態様において、圧電素子１１００６ｃ〜ｆは、正方形形状であり、トランスデューサアレイ１１００２ｃは、同様に正方形形状である。
【０１０１】
様々な態様において、図３２Ａ〜Ｂに表されるトランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｃは、圧電素子を組み合わせて、若しくは代わりに互いに、又は他の配列で利用することができる。セグメント化されたトランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｃ内の圧電素子１１００６ａ〜ｆは、それぞれ、個々に駆動することができ、それによって、トランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｃが不均衡な振動を生成することを可能にする。トランスデューサベースプレート１１００８の対向面上の圧電素子が互いに対して均衡している、上で考察される態様において、導波管及び／又はエンドエフェクタの非長手方向の運動は望ましくない。しかしながら、非対称又は不均衡の様態で選択的に始動することができるセグメント化されたトランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｃは、２つの望ましい効果を生成することができる。第１に、不必要な振動又は屈曲が外科用システムに存在する場合、セグメント化されたトランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｃは、望ましくない横方向の振動を相殺して、安定した長手方向の運動を生成するようにシステムを戻すために、選択的に起動することができる。第２に、いくつかの事例では、エンドエフェクタの横方向移動又はねじれ移動が所望される。したがって、これらの事例において、セグメント化されたトランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｃは、エンドエフェクタにおいて所望の非長手方向の移動を誘発するために、非対称の様態で選択的に始動することができる。トランスデューサアレイ１１００２ａ〜ｃ内の圧電素子１１００６ａ〜ｆの活性化は、例えば個々の圧電素子１１００６ａ〜ｆに印加される電流量を制御することによって、制御することができる。
【０１０２】
図３３Ａ〜Ｃは、本開示の一態様による、非対称的に励振可能な圧電トランスデューサアセンブリ１１１０２、１１２０２、１１３０２を有する、Ｄ３１超音波トランスデューサ１１１００、１１２００、１１３００の構成を例示する。図３２Ａ〜Ｂに関して上で考察されるように、外科用システム内の望ましくない非長手方向の振動を相殺するため、又はエンドエフェクタにおいて非長手方向の移動を意図的に誘発するため等の特定の事例では、超音波トランスデューサが不均衡又は非対称の振動を生成することが可能であることが有利であり得る。いくつかの態様において、非対称は、超音波導波管の長手方向軸に対して非対称的に配設された圧電素子を有することによって達成することができる。他の態様において、非対称は、超音波導波管の長手方向軸に対して対称的に配設された圧電素子を有することによって達成することができるが、選択的に、非対称的な様態で活性化可能である。トランスデューサアレイからなる圧電素子の選択的な活性化に応じて、超音波トランスデューサが対称又は非対称の両方の振動を生成することが可能である態様において、超音波トランスデューサを組み込んだ外科用システムは、個々の圧電素子を逆転的に活性化すること（即ち、電気的に励振すること）によって、又は停止することによって、対称及び非対称の活性化モードの間を交換可能に切り換えるように構成することができる。
【０１０３】
図３３Ａは、圧電素子１１１０６ａ〜ｃをその上で受容するために両側に平坦面を備えるトランスデューサベースプレート１１１０８（例えば、トランスデューサ装着部分）を含む、Ｄ３１超音波トランスデューサ１１１００の構成を例示する。圧電素子１１１０６ａ〜ｃは、導波管１１１０４の長手方向軸を中心に非対称的にサイズ決定され、成形され、配設される。第１の圧電素子１１１０６ａ及び第３の圧電素子１１１０６ｃは、略三角形形状であり、第２の圧電素子１１１０６ｂは、不規則形状である。この態様において、第１の圧電素子１１１０６ａ及び第２の圧電素子１１１０６ｂは、導波管１１１０４の長手方向軸を中心に対称的な振動を生成するように構成される。同様に、第１の圧電素子１１１０６ａ及び第３の圧電素子１１１０６ｃは、導波管１１１０４の長手方向軸を中心に対称的な振動を生成するように構成される。しかしながら、３つの圧電素子１１１０６ａ〜ｃの全ての活性化、又は第２の圧電素子１１１０６ｂ及び第３の圧電素子１１１０６ｃの活性化は、圧電素子１１１０６ａ〜ｃのサイズ、形状、及び配設に起因して、非対称的な振動を生成するように構成される。
【０１０４】
図３３Ｂは、圧電素子１１２０６ａ〜ｃをその上で受容するために両側に平坦面を備えるトランスデューサベースプレート１１２０８（例えば、トランスデューサ装着部分）を含む、Ｄ３１超音波トランスデューサ１１２００の構成を例示する。圧電素子１１２０６ａ〜ｃは、導波管１１２０４の長手方向軸を中心に対称的にサイズ決定され、成形され、配設されるが、不規則な振動を生成するために、選択的に活性化することができる。具体的には、３つの圧電素子１１２０６ａ〜ｃの全ての活性化、又は第１の圧電素子１１２０６ａ及び第３の圧電素子１１２０６ｃの活性化のどちらかは、対称的な振動を生成するように構成される。反対に、第２の圧電素子１１２０６ｂ、及び第１の圧電素子１１２０６ａ又は第３の圧電素子１１２０６ｃのうちの１つの活性化は、非対称的な振動を生成するように構成される。
【０１０５】
図３３Ｃは、圧電素子１１３０６ａ〜ｃをその上で受容するために両側に平坦面を備えるトランスデューサベースプレート１１３０８（例えば、トランスデューサ装着部分）を含む、Ｄ３１超音波トランスデューサ１１３００の構成を例示する。圧電素子１１３０６ａ〜ｃは、互いに等しくサイズ決定され、成形されるが、導波管１１３０４の長手方向軸を中心に非対称的に配設される。第１の圧電素子１１３０６ａ及び第２の圧電素子１１３０６ｂの活性化は、対称的な振動を生成するように構成されるが、圧電素子１１３０６ａ〜ｃの任意の他の組み合わせの活性化が、非対称的な振動を生成するように構成される。
【０１０６】
図３２Ａ〜図３３Ｃは、単なる例示であること、及び対称的な振動、非対称的な振動、又は対称的な振動若しくは非対称的な振動の組み合わせを生成するように構成された、セグメント化された超音波トランスデューサアレイの様々な他の構成が想定されることに留意されたい。更に、２つ、３つ、及び４つの圧電素子を組み込んだ超音波トランスデューサアレイの様々な態様の説明は、単なる例示に過ぎない。本明細書の教示は、４つを超える圧電素子を組み込んだ超音波トランスデューサアレイにも同様に適用することができる。なお更に、様々な態様において、超音波トランスデューサアレイの圧電素子は、同期的に、非同期的に、又は周波数、位相、若しくは振幅が異なり得る様々な超音波活性化信号によって、活性化することができる。
【０１０７】
図３４Ａ〜Ｂは、本開示の一態様による、圧電素子１１４０６ａ〜ｂが互いに対してオフセットされた、Ｄ３１超音波トランスデューサ１１４００の構成を例示する。超音波トランスデューサ１１４００は、トランスデューサベースプレート１１４０８（例えば、トランスデューサ装着部分）と、トランスデューサベースプレート１１４０８の第１の面に配置された第１の圧電素子１１４０６ａと、第１の面に対向する第２の面に配置された第２の圧電素子１１４０６ｂとを含む。第１の圧電素子１１４０６ａ及び第２の圧電素子１１４０６ｂは、互いから長手方向にオフセットされる。一態様において、圧電素子１１４０６ａ〜ｂは、それぞれ、トランスデューサベースプレート１１４０８上の音響アセンブリの波節に位置付けられる。波節は、振動運動の定在波が最小又はゼロの交差（即ち、運動が、通常、最小の場所）である。したがって、圧電素子１１４０６ａ〜ｂは、音響アセンブリの１／２の波長（λ／２）に等しい距離だけ互いからオフセットされる。
【０１０８】
トランスデューサベースプレート１１４０８上に整列様態で配列される（即ち、互いからオフセットされない）圧電素子を組み込んだ超音波トランスデューサの態様において、超音波トランスデューサは、２分の１の波長を生成する。反対に、圧電素子１１４０６ａ〜ｂ音響アセンブリの１／２の波長（λ／２）だけオフセットされるようにそれらを配設することで、超音波トランスデューサ１１４００に全波を生成させる。全波の振動運動を利用して、音響アセンブリによって駆動されるエンドエフェクタに非長手方向の運動をもたらすことができる。超音波トランスデューサ１１４００は、オフセットされた圧電素子１１４０６ａ〜ｂによって生成される全波によって誘発される曲げ運動又は屈曲モードを均衡させる、又は補償するように構成された、１つ又は２つ以上の均衡特徴を追加的に組み込むことができる。追加的な均衡特徴を利用して、オフセットされた圧電素子１１４０６ａ〜ｂを補償する場合、超音波トランスデューサ１１４００は、図３４Ｃに表されるように、エンドエフェクタにおいて長手方向の運動を誘発する。均衡特徴を利用して、圧電素子１１４０６ａ〜ｂを補償しない場合、超音波トランスデューサ１１４００は、図３４Ｄに表されるように、エンドエフェクタにおいて非長手方向の、又は曲げ運動を誘発する。いくつかの態様において、均衡特徴は、選択的に活性化可能であり、超音波トランスデューサ１１４００を組み込んだ外科用器具を、エンドエフェクタの長手方向モード及び非長手方向モードの間で切り換えることを可能にする。
【０１０９】
特定のトランスデューサアーキテクチャ、例えばＤ３１トランスデューサアーキテクチャ又はＤ３３トランスデューサアーキテクチャとして表される超音波トランスデューサアセンブリの任意の態様の教示は、別途提示されない限り、又はそのような教示が特定のトランスデューサアーキテクチャの構造と矛盾する場合に、他の構成を利用する超音波トランスデューサと等しく適用可能であることに留意されたい。例えば、図１９Ａ〜図２３、図２５Ａ〜図２６Ｄ、及び図３１等のＤ３１トランスデューサアーキテクチャとして表される超音波トランスデューサアセンブリの一態様の教示は、図２４Ａ〜Ｃ、図２７〜図３０Ｄ、及び図３２Ａ〜図３４Ｂ等のＤ３３トランスデューサアセンブリにも同様に適用可能であり、（それらが特定のトランスデューサアーキテクチャの構造と矛盾しない限り）逆もまた同じである。
【０１１０】
図３５Ａ〜Ｅは、本開示の一態様による、その複雑な特徴を有する外科用器具の導波管１１５０８を含む外科用ツール１１５００、及び作製プロセスの様々な図を例示する。外科用ツール１１５００は、近位のトランスデューサベースプレート１１５０６（例えば、トランスデューサ装着部分）と、遠位エンドエフェクタ１１５０２と、それらの間に延在する長手方向部分又は導波管１１５０８とを備える。様々な態様において、導波管１１５０８は、その長さに沿って配置された複数の歯１１５０４を更に備える。更に、図３５Ｅに表されるように、様々な態様で、歯１１５０４が様々な異なる角度で導波管１１５０８の長手方向軸から延在するように、導波管１１５０８を捩る。
【０１１１】
外科用器具１１５００を作製するために、第１の工程では、図３５Ｂ及び３５Ｄに表されるように、複数の歯１１５０４を備える平面プレートの外科用ツール１１５００を作製する。外科用ツール１１５００は、例えば、金属射出成型を含む様々な製造プロセスを介して作製することができる。歯１１５０４は、金属射出成型プロセスを介して、又は例えば形成、機械加工、切断、鍛造、研削、研磨、バリ取り、バレル研磨、又は任意の他のそのような製造プロセスを介して、外科用器具１１５００上に形成することができる。次に、図３５Ｃに表されるように、導波管１１５０８を段階的に捩る。導波管１１５０８は、例えば導波管１１５０８を一連の順送りダイに通すことを含む、様々な製造プロセスを介して捩ることができる。捩りはまた、湾曲区間、オフセット区間、屈曲区間、及び薄い又は先細の組織挟持区間等の、導波管１１５０８の様々な特徴を調整するために使用することもできる。導波管１１５０８は、その長さに沿って任意の地点で捩ることができる。一態様において、導波管は、歯１１５０４が互いから対称的にオフセットされる（即ち、隣接する歯１１５０４が一定量だけ角度的に分離される）ように捩られる。この態様において、角度的に対称な歯１１５０４は、長手方向の運動及び捩り（即ち、非長手方向の）運動の両方をエンドエフェクタ１１５０２において生成する。
【０１１２】
図３６Ａ〜Ｄは、本開示の一態様による、非長手方向の運動及びその構成要素を生成するように構成されたＤ３１超音波トランスデューサ１１６００の構成の様々な図を例示する。超音波トランスデューサ１１６００は、円筒形の圧電素子１１６０４を内部に受容するように構成された凹部１１６０２を含む金属ハウジング１１６０８を含む。超音波トランスデューサ１１６００は、円筒形の要素１１６０４をその上で支持するように構成された円筒形のトランスデューサ支持体１１６１０と、圧電素子１１６０４を中心に配設された複数の電極１１６１２ａ〜ｃとを更に備える。一態様において、電極１１６１２ａ〜ｃは、一定量だけ互いから角度的にオフセットされる（即ち、電極１１６１２ａ〜ｃは、角度的に対称である）。圧電素子１１６０４は、例えば導電性エポキシによって、トランスデューサ支持体１１６１０に固定することができる。トランスデューサ支持体１１６１０は、凹部１１６０２の内壁に固定することができ、それによって、凹部内で圧電素子１１６０４及び電極１１６１２ａ〜ｃを支持する。様々な態様において、電極１１６１２ａ〜ｃは非対称であり、又は少なくとも軸（即ち、ｘ、ｙ、又はｚ）を中心に不均衡であり、それによって、電極１１６１２ａ〜ｃのそれぞれに正味質量のオフセットを有させる。超音波トランスデューサ１１６００を使用しているとき、非対称的に荷重される角度的にオフセットされた電極１１６１２ａ〜ｃは、外科用器具のエンドエフェクタにおいて、超音波トランスデューサ１１６００に長手方向の運動及び捩り（即ち、非長手方向の）運動の両方を誘発させる。
【０１１３】
図３７は、本開示の一の態様による、外科用器具のための超音波信号生成器への電気コネクタ１１７００の斜視図を例示する。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願の代理人整理番号ＥＮＤ７９１７ＵＳＮＰ５／１６００４５−５、発明の名称「ＴＩＳＳＵＥ  ＬＯＡＤＩＮＧ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」に開示されるもの等の、様々な外科用器具は、圧電素子を駆動するための超音波信号生成器に接続可能である、電気コネクタ１１７００を含む。電気コネクタ１１７００は、外科用器具のハウジング内に封入されるように構成される、内側１１７０４に配置された第１のワイヤ１１７０６ａ及び第２のワイヤ１１７０６ｂと、超音波信号生成器に接続されるように構成される外側１１７０４に配置された第１のピン１１７０８ａ及び第２のピン１１７０８ｂとを含む。第１のワイヤ１１７０６ａ及び第２のワイヤ１１７０６ｂは、超音波トランスデューサの圧電素子に電気的に接続され、超音波信号生成器によって生成された信号を圧電素子に伝達する。
【０１１４】
電気コネクタ１１７００の内側１１７０４は、湿気、微生物、及び外科用器具の機能に損傷を与える、又は別様には、オペレータ及び／若しくは患者の安全性を危うくする場合がある他の汚染物質の進入を回避するために、周囲環境から封止されていることが意図される。汚染物質が外科用器具のハウジングに進入した場合、外科用器具に警報又は警告を生成させて、機能を中止させて、又はいくつかの他の行為を行わせて、エラーが発生したことを器具のオペレータに通知することが望ましくなり得る。この態様において、電気コネクタ１１７００は、それぞれ、電気コネクタ１１７００の内側１１７０４に沿って第１のワイヤ１１７０６ａ及び第２のワイヤ１１７０６ｂから延在する、第１の導電性経路１１７１２ａ及び第２の導電性経路１１７１２ｂを備える。導電性経路１１７１２ａ〜ｂは、例えばはんだ付けされたチャネルを含むことができる。導電性経路１１７１２ａ〜ｂは、互いに向かって延在するが、それらが間隙によって分離されるように終端され、間隙は、その間のアークを防止するのに十分に大きいが、比較的少ない量の水が間隙を埋めることができるように十分に小さい。一態様において、図３７に表されるように、導電性経路１１７１２ａ〜ｂ間の間隙は、親水性コーティング１１７１４が充填される。別の態様において、電気コネクタ１１７００の幾何学的形状は、導電性経路１１７１２ａ〜ｂ間の間隙に流体を導くように構成される（例えば、内側１１７０４は、局所的又は大局的最小点を間隙に位置させた湾曲面として構成される）。いずれの態様においても、流体が外科用器具のハウジングに進入した場合、流体は、導電性経路１１７１２ａ〜ｂ間の間隙に集められるか、又は吸引される。流体が間隙に到達すると、流体は、電気系統に短絡を生じさせる。一態様において、この短絡は、外科用器具に機能を中止させる。したがって、外科用器具の内部ハウジングが水分によって汚染された場合に、外科用器具が使用されることを防止する。別の態様において、短絡は、外科用器具の回路にエラー信号を生成させ、次に、エラー信号を検出して、警告又は警報を生成させることができる。
【０１１５】
図３８〜図４１は、本開示の一態様による、Ｄ３３超音波トランスデューサ１１８００の構成の様々な図を例示する。超音波トランスデューサ１１８００は、複数の圧電素子１１８０６ａ〜ｆをランジュヴァンスタックの形態で受容するように構成される開口内部１１８０２を画定する、金属ハウジング１１８０８を含む。ハウジング１１８１６は、超音波導波管を受容するように構成される、コネクタ１１８１６を含む。超音波トランスデューサ１１８００は、ハウジング１１８０８の近位端に配置されたねじ付き開口１１８１４を通ってハウジング内部１１８０２の中へ延在する、ねじ付きプラグ又はねじ付きロッド１１８０４を更に含む。超音波トランスデューサ１１８００は、圧電素子１１８０６ａ〜ｆのスタックとねじ付きロッド１１８０４の遠位端１１８１０との間に位置させたプレート１１８１２をなお更に含む。ねじ付きロッド１１８０４を締め付けると、その遠位端部１１８１０がプレート１１８１２に接触し、圧縮力を印加して、ハウジング１１８０８内の圧電素子１１８０６ａ〜ｆのスタックを圧縮する。様々な態様において、プレート１１８１２は、導電性材料から構成される。
【０１１６】
所望の圧縮力が達成されると、ねじ付きロッド１１８０４が、ねじ付き開口１１８１４とのその係合により、特定の締め付け位置に維持される。ねじ付きロッド１１８０４によって印加される圧縮力の程度は、超音波トランスデューサ１１８００の分解を必要とすることなく圧電素子１１８０６ａ〜ｆのスタックの周波数を調整するために、ねじ付きロッド１１８０４を緩める、又は締め付けることによって調整することができる。いくつかの態様において、超音波トランスデューサ１１８００は、圧電素子１１８０６ａ〜ｄのスタックに印加する圧縮力の程度に従って、動作周波数の間で切り換えることができる。超音波トランスデューサ１１８００を外科用器具と併せて利用するときに、電界の動作周波数の間で切り換えることができることで、超音波トランスデューサ１１８００を、外科用器具によって起こる組織効果に、又は異なるエンドエフェクタタイプに適応させることを可能にすることができる。
【０１１７】
超音波トランスデューサ１１８００は、圧電素子１１８０６ａ〜ｆのスタックに電気的に結合される、第１のワイヤ１１８１８及び第２のワイヤ１１８２０を更に含む。第１のワイヤ１１８１８を利用して、第１の電位を送達することができ、第２のワイヤ１１８２０を利用して、第２の電位を送達することができる。一態様において、第１の電位は、正であり、第２の電位は、接地又は負である。一態様において、第１のワイヤ１１８１８の接続点１１８２２ａ〜ｃ及び第２のワイヤ１１８２０の接続点１１８２４ａ〜ｄは、プレート１１８１２と、圧電素子１１８０６ａ〜ｆのそれぞれとの間の結合部に取り付けられ、これらは、例えば導電性接着剤によって接続することができる。第１のワイヤ１１８１８の接続点１１８２２ａ〜ｃ及び第２のワイヤ１１８２０の接続点１１８２４ａ〜ｄは、それらが互いに交互になるように配設することができる。一態様において、負又は接地接続を表す第２のワイヤ１１８２０の接続点１１８２４ａ〜ｄは、圧電素子１１８０６ａ〜ｆのスタックの外部接続点１１８２４ａ、１１８２４ｄに位置させることができる。
【０１１８】
本明細書に開示される装置は、１回の使用後に廃棄されるように設計することができ、又は複数回使用されるように設計することができる。しかしながら、いずれの場合も、装置は、少なくとも１回の使用後に再使用のために再調整することができる。再調整には、装置の分解工程、それに続く特定の部品の洗浄工程又は交換工程、及びその後の再組立工程の任意の組み合わせを含むことができる。特に、装置は分解することができ、装置の任意の数の特定の部品又は部分を、任意の組み合わせで選択的に交換するか又は取り外すことができる。特定の部分を洗浄及び／又は交換した後、装置を後の使用のために、再調整施設で、又は外科処置の直前に外科チームによってのいずれかで再組み立てすることができる。当業者であれば、装置の再調整が、分解、洗浄／交換、及び再組立のための様々な技術を利用できることを理解するであろう。このような技術の使用、及び結果として得られる再調整された装置は、全て本出願の範囲内にある。
【０１１９】
本明細書で様々な態様を説明してきたが、それらの態様に対して数多くの修正及び変更が実施されてもよい。例えば、種々のタイプのエンドエフェクタが用いられてもよい。また、材料が特定の構成要素に関して開示されているが、他の材料が使用されてもよい。以上の説明及び以下の特許請求の範囲は、そのような修正及び変更を全て包含することが意図される。
【０１２０】
全体又は部分的に、参照により本明細書に組み込まれると言及されるいずれの特許、刊行物又はその他の開示物も、組み込まれる内容が既存の定義、記述、又は本開示に記載されているその他の開示物と矛盾しない範囲でのみ本明細書に組み込まれるものとする。そのようなものであるから、また必要な範囲で、本明細書に明瞭に記載される開示内容は、参考として本明細書に組み込まれているあらゆる矛盾する記載に優先するものとする。現行の定義、見解、又は本明細書に記載される他の開示内容と矛盾する任意の内容、又はそれらの部分は本明細書に参考として組み込まれるものとするが、参照内容と現行の開示内容との間に矛盾が生じない範囲においてのみ、参照されるものとする。
【０１２１】
本明細書に記載される主題の様々な態様は、以下の番号付けされた実施例において説明される。
【０１２２】
実施例１．圧縮超音波トランスデューサアセンブリであって、開口部を画定する金属ハウジングと、開口部内に配置され、かつ圧縮力によって圧縮された少なくとも２つの圧電素子であって、Ｄ３３モードで機能するように構成された、少なくとも２つの圧電素子と、開口部を閉じるように、かつ金属ハウジング内で少なくとも２つの圧電素子を圧縮状態に維持するように、金属ハウジングに接合された金属プラグと、を備える、圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【０１２３】
実施例２．金属プラグを金属ハウジングに接合するために、溶接継手を更に備える、実施例１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【０１２４】
実施例３．金属プラグを金属ハウジングに接合するために、エポキシ継手を更に備える、実施例１又は実施例２に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【０１２５】
実施例４．金属ハウジング及び金属プラグが、各々、ねじ付き端部を備え、金属ハウジング及び金属プラグが、ねじ連結されている、実施例１〜実施例３のうちの１つ又は２つ以上に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【０１２６】
実施例５．金属プラグを金属ハウジングに接合するために、スエージ加工継手を更に備える、実施例１〜実施例４のうちの１つ又は２つ以上に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【０１２７】
実施例６．金属ハウジングが、フォーク状の金属フレームを有する、実施例１〜実施例５のうちの１つ又は２つ以上に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【０１２８】
実施例７．超音波外科用器具であって、超音波導波管と、超音波導波管に装着され、かつＤ３１モードで動作するように構成された超音波トランスデューサであって、第１の結合材料によって超音波導波管の第１の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第１のセラミック圧電素子、及び第１の結合材料によって超音波導波管の第２の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第２のセラミック圧電素子であって、超音波導波管の第１の側部が、超音波導波管の第２の側部の反対側にある、第２のセラミック圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える。
【０１２９】
実施例８．第２の結合材料によって第１のセラミック圧電素子の第２の側部に取り付けられた第１の導電性プレートと、第２の結合材料によって第２のセラミック圧電素子の第２の側部に取り付けられた第２の導電性プレートと、を更に備える、実施例７に記載の超音波外科用器具。
【０１３０】
実施例９．第１の結合材料が、第２の結合材料と同じである、実施例７又は実施例８に記載の超音波外科用器具。
【０１３１】
実施例１０．第１の結合材料が、はんだ結合材料であり、第２の結合材料が、導電性エポキシ結合材料である、実施例８〜実施例９のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１３２】
実施例１１．はんだが、金属はんだ合金結合材料である、実施例８〜実施例１０のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１３３】
実施例１２．第１の結合材料が、はんだ結合材料である、実施例７〜実施例１１のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１３４】
実施例１３．はんだ材料が、金属はんだ合金結合材料である、実施例１２に記載の超音波外科用器具。
【０１３５】
実施例１４．Ｄ３１モードで動作するように、第１のセラミック圧電素子が、第１のセラミック圧電素子の第１の側部から第２の側部への方向に分極軸を有し、第２のセラミック圧電素子が、第２のセラミック圧電素子の第１の側部から第２の側部への方向に分極軸を有する、実施例７〜実施例１３のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１３６】
実施例１５．超音波導波管の運動軸が、第１及び第２のセラミック圧電素子の分極軸に対して直角である、実施例１４に記載の超音波外科用器具。
【０１３７】
実施例１６．第１及び第２の圧電素子は、超音波導波管のそれぞれの第１及び第２の側部に結合する前に分極されず、また、第１及び第２の圧電素子が、超音波導波管のそれぞれの第１及び第２の側部に結合された後に分極される、実施例１４〜実施例１５のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１３８】
実施例１７．超音波外科用器具であって、超音波導波管であって、基部部分と、基部部分の片側から延在する第１及び第２の壁と、対応する第１及び第２の壁から突出する第１及び第２のレッジであって、第１の空間が、第１のレッジと基部部分との間に画定され、第２の空間が、第２のレッジと基部部分との間に画定されている、第１及び第２のレッジと、を備える、超音波導波管と、超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサであって、第１の空間と第２の空間との間に摺動可能に配置され、かつその内部に固定された少なくとも１つの圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える、超音波外科用器具。
【０１３９】
実施例１８．少なくとも１つの圧電素子が、結合材料によって超音波導波管の基部部分に取り付けられている、実施例１７に記載の超音波外科用器具。
【０１４０】
実施例１９．第１及び第２のレッジが、超音波導波管の基部部分に向かって付勢されて、少なくとも１つの圧電素子を超音波導波管の基部部分に取り付ける、実施例１７又は実施例１８に記載の超音波外科用器具。
【０１４１】
実施例２０．少なくとも１つの圧電素子が、結合材料によって超音波導波管の基部部分に取り付けられ、第１及び第２のレッジが、超音波導波管の基部部分に向かって付勢されて、少なくとも１つの圧電素子を、結合材料と組み合わせて、超音波導波管の基部部分に取り付ける、実施例１７〜実施例１９のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１４２】
実施例２１．超音波導波管が、基部部分の反対側から延在する第３及び第４の壁と、対応する第３及び第４の壁から突出する第３及び第４のレッジであって、第３の空間が、第３のレッジと基部部分との間に画定され、第４の空間が、第４のレッジと基部部分との間に画定されている、第３及び第４のレッジと、を更に備える、実施例１７〜実施例２０のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１４３】
実施例２２．超音波トランスデューサが、第３の空間と第４の空間との間に摺動可能に配置され、かつその内部に固定された第２の圧電素子を更に備える、実施例２１に記載の超音波外科用器具。
【０１４４】
実施例２３．第２の圧電素子が、結合材料によって超音波導波管の基部部分に取り付けられている、実施例２２に記載の超音波外科用器具。
【０１４５】
実施例２４．第３及び第４のレッジが、超音波導波管の基部部分に向かって付勢されて、第２の圧電素子を超音波導波管の基部部分に取り付ける、実施例２２〜実施例２３のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１４６】
実施例２５．第２の圧電素子が、結合材料によって超音波導波管の基部部分に取り付けられ、第３及び第４のレッジが、超音波導波管の基部部分に向かって付勢されて、第２の圧電素子を、結合材料と組み合わせて、超音波導波管の基部部分に取り付ける、実施例２２〜実施例２４のうちの１つ又は２つ以上に記載の超音波外科用器具。
【０１４７】
実施例２６．超音波外科用器具であって、超音波導波管と、超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサと、を備え、超音波導波管は、上部プロングと、超音波トランスデューサを内部に受容するように構成されたＵ字形状の開口を上部プロングとの間に画定する、下部プロングと、を備える、音叉状のフレームを備える、超音波外科用器具。
【０１４８】
実施例２７．音叉状のフレームの上部プロングが、超音波トランスデューサへの電気的接続のためのアクセスを提供するように、開口を画定する、実施例２６に記載の超音波器具。
【０１４９】
実施例２８．超音波トランスデューサが、圧電素子と、導電性結合材料によって圧電素子の頂部側に取り付けられた第１の導電性プレートと、導電性結合材料によって圧電素子の底頂部側に取り付けられた第２の導電性プレートと、を備える、実施例２６又は実施例２７に記載の超音波器具。
【０１５０】
実施例２９．第１の導電性プレートと上部プロングの内面との間に配置された電気絶縁性結合材料と、第２の導電性プレートと下部プロングの内面との間に配置された導電性結合材料と、を更に備える、実施例２８に記載の超音波器具。
【０１５１】
〔実施の態様〕
（１）  圧縮超音波トランスデューサアセンブリであって、
開口部を画定する金属ハウジングと、
前記開口部内に配置され、かつ圧縮力によって圧縮された、少なくとも２つの圧電素子であって、Ｄ３３モードで機能するように構成された、少なくとも２つの圧電素子と、
前記開口部を閉じるように、かつ前記金属ハウジング内で前記少なくとも２つの圧電素子を圧縮状態に維持するように、前記金属ハウジングに接合された金属プラグと、を備える、圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
（２）  前記金属プラグを前記金属ハウジングに接合するために、溶接継手を更に備える、実施態様１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
（３）  前記金属プラグを前記金属ハウジングに接合するために、エポキシ継手を更に備える、実施態様１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
（４）  前記金属ハウジング及び前記金属プラグが、各々、ねじ付き端部を備え、前記金属ハウジング及び前記金属プラグが、ねじ連結されている、実施態様１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
（５）  前記金属プラグを前記金属ハウジングに接合するために、スエージ加工継手を更に備える、実施態様１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
【０１５２】
（６）  前記金属ハウジングが、フォーク状の金属フレームを有する、実施態様１に記載の圧縮超音波トランスデューサアセンブリ。
（７）  超音波外科用器具であって、
超音波導波管と、
前記超音波導波管に装着され、かつＤ３１モードで動作するように構成された超音波トランスデューサであって、
第１の結合材料によって前記超音波導波管の第１の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第１のセラミック圧電素子、及び
前記第１の結合材料によって前記超音波導波管の第２の側部に取り付けられた第１の側部を有する、第２のセラミック圧電素子であって、前記超音波導波管の前記第１の側部が、前記超音波導波管の前記第２の側部の反対側にある、第２のセラミック圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える、超音波外科用器具。
（８）  第２の結合材料によって前記第１のセラミック圧電素子の第２の側部に取り付けられた第１の導電性プレートと、
前記第２の結合材料によって前記第２のセラミック圧電素子の第２の側部に取り付けられた第２の導電性プレートと、を更に備える、実施態様７に記載の超音波外科用器具。
（９）  前記第１の結合材料が、前記第２の結合材料と同じである、実施態様８に記載の超音波外科用器具。
（１０）  前記第１の結合材料が、はんだ結合材料であり、前記第２の結合材料が、導電性エポキシ結合材料である、実施態様８に記載の超音波外科用器具。
【０１５３】
（１１）  前記はんだが、金属はんだ合金結合材料である、実施態様８に記載の超音波外科用器具。
（１２）  前記第１の結合材料が、はんだ結合材料である、実施態様７に記載の超音波外科用器具。
（１３）  前記はんだ材料が、金属はんだ合金結合材料である、実施態様１２に記載の超音波外科用器具。
（１４）  Ｄ３１モードで動作するように、前記第１のセラミック圧電素子が、前記第１のセラミック圧電素子の前記第１の側部から前記第２の側部への方向に分極軸を有し、前記第２のセラミック圧電素子が、前記第２のセラミック圧電素子の前記第１の側部から前記第２の側部への方向に分極軸を有する、実施態様７に記載の超音波外科用器具。
（１５）  前記超音波導波管の運動軸が、前記第１及び第２のセラミック圧電素子の前記分極軸に対して直角である、実施態様１４に記載の超音波外科用器具。
【０１５４】
（１６）  前記第１及び第２の圧電素子は、前記超音波導波管の前記それぞれの第１及び第２の側部に結合する前に分極されず、前記第１及び第２の圧電素子が前記超音波導波管の前記それぞれの第１及び第２の側部に結合された後に分極される、実施態様１４に記載の超音波外科用器具。
（１７）  超音波外科用器具であって、
超音波導波管であって、
基部部分と、
前記基部部分の片側から延在する第１及び第２の壁と、
前記対応する第１及び第２の壁から突出する第１及び第２のレッジであって、第１の空間が、前記第１のレッジと前記基部部分との間に画定され、第２の空間が、前記第２のレッジと前記基部部分との間に画定されている、第１及び第２のレッジと、を備える、超音波導波管と、
前記超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサであって、前記第１の空間と第２の空間との間に摺動可能に配置され、かつその内部に固定された、少なくとも１つの圧電素子を備える、超音波トランスデューサと、を備える、超音波外科用器具。
（１８）  前記少なくとも１つの圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられている、実施態様１７に記載の超音波外科用器具。
（１９）  前記第１及び第２のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記少なくとも１つの圧電素子を前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、実施態様１７に記載の超音波外科用器具。
（２０）  前記少なくとも１つの圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられ、前記第１及び第２のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記少なくとも１つの圧電素子を、前記結合材料と組み合わせて、前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、実施態様１７に記載の超音波外科用器具。
【０１５５】
（２１）  前記超音波導波管が、
前記基部部分の反対側から延在する第３及び第４の壁と、
前記対応する第３及び第４の壁から突出する第３及び第４のレッジであって、第３の空間が、前記第３のレッジと前記基部部分との間に画定され、第４の空間が、前記第４のレッジと前記基部部分との間に画定されている、第３及び第４のレッジと、を更に備える、実施態様１７に記載の超音波外科用器具。
（２２）  前記超音波トランスデューサが、前記第３の空間と第４の空間との間に摺動可能に配置され、かつその内部に固定された、第２の圧電素子を更に備える、実施態様２１に記載の超音波外科用器具。
（２３）  前記第２の圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられている、実施態様２２に記載の超音波外科用器具。
（２４）  前記第３及び第４のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記第２の圧電素子を前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、実施態様２２に記載の超音波外科用器具。
（２５）  前記第２の圧電素子が、結合材料によって前記超音波導波管の前記基部部分に取り付けられ、前記第３及び第４のレッジが、前記超音波導波管の前記基部部分に向かって付勢されて、前記第２の圧電素子を、前記結合材料と組み合わせて、前記超音波導波管の前記基部部分に取り付ける、実施態様２２に記載の超音波外科用器具。
【０１５６】
（２６）  超音波外科用器具であって、
超音波導波管と、
前記超音波導波管に取り付けられた超音波トランスデューサと、を備え、
前記超音波導波管が、
上部プロングと、
前記超音波トランスデューサを内部に受容するように構成されたＵ字形状の開口を該上部プロングとの間に画定する、下部プロングと、を備える、音叉状のフレームを備える、超音波外科用器具。
（２７）  前記音叉状のフレームの前記上部プロングが、前記超音波トランスデューサへの電気的接続のためのアクセスを提供するように、開口を画定する、実施態様２６に記載の超音波器具。
（２８）  前記超音波トランスデューサが、
圧電素子と、
導電性結合材料によって前記圧電素子の頂部側に取り付けられた第１の導電性プレートと、
導電性結合材料によって前記圧電素子の底頂部側に取り付けられた第２の導電性プレートと、を備える、実施態様２６に記載の超音波器具。
（２９）  前記第１の導電性プレートと前記上部プロングの内面との間に配置された電気絶縁性結合材料と、
前記第２の導電性プレートと前記下部プロングの内面との間に配置された導電性結合材料と、を更に備える、実施態様２８に記載の超音波器具。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２５Ｅ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３１】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３４Ｄ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
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【図３５Ｅ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３６Ｄ】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【国際調査報告】
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