(57)【要約】本発明の超音波振動子（１）は、厚さ方向に積層され、厚さ方向の縦振動を発生する複数の圧電素子（５１，５２，５３，５４）を備え、該複数の圧電素子（５１，５２，５３，５４）は、縦振動の腹側から縦振動の節（Ｎ）側に向かって順番に厚さが大きくなるように、配列されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に積層され、前記厚さ方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、
該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に厚さが大きくなるように、配列されている超音波振動子。
【請求項２】
前記複数の圧電素子は、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって、順番に厚さが大きくなるように、配列されている請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記複数の圧電素子は、前記腹側から前記節側に向かって順番に圧電定数が高くなるように、配列されている請求項１または請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記複数の圧電素子は、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって圧電定数が順番に高くなるように、配列されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記複数の圧電素子は、前記腹側から前記節側に向かって順番にヤング率が低くなるように、配列されている請求項１または請求項２に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記複数の圧電素子は、最も前記節側に位置する圧電素子のヤング率が最も前記腹側に位置する圧電素子のヤング率よりも低くなるように、配列されている請求項１、請求項２または請求項５に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記複数の圧電素子が、該複数の圧電素子の前記厚さ方向の途中位置に腹を有し、前記複数の圧電素子の前記厚さ方向の両側に腹を有する前記縦振動を発生する請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記節の前記厚さ方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子が、互いに異なる厚さを有する請求項７に記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記複数の圧電素子は、前記節に対して前記厚さの分布が対称となるように、配列されている請求項７または請求項８に記載の超音波振動子。
【請求項１０】
前記節の前記厚さ方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子の数が、３以上である請求項１から請求項９のいずれかに記載の超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、外科治療において、超音波振動子が発生する振動を利用して処置を行う外科用器具が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。外科用器具に搭載される超音波振動子は、厚さ方向に積層された複数の圧電素子からなる積層体を備え、該積層体内に縦振動の節が位置するように設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５３５０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波振動子は振動に伴って発熱するため、超音波振動子の全体の温度が使用中に徐々に上昇する。超音波振動子の共振周波数は温度に依存するため、温度上昇によって超音波振動子の共振周波数が変化すると、超音波振動子に供給されている駆動電圧の周波数に対する超音波振動子の共振周波数のずれが大きくなり、超音波振動子の出力（振動振幅）が低下する。高出力を維持し続けるためには駆動電圧を増大しなければならず、さらなる発熱を招いたり超音波振動子の駆動が不安定になったりする。特許文献１に記載の超音波振動子は発熱を抑制することが難しいため、超音波振動子を高い出力で安定的に駆動し続けることが難しいという問題がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱を抑制し、高い出力で安定的に駆動し続けることができる超音波振動子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、厚さ方向に積層され、前記厚さ方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に厚さが大きくなるように、配列されている超音波振動子を提供する。
本発明によれば、積層された複数の圧電素子に厚さ方向に電圧を印加して圧電素子を厚さ方向に振動させることによって、複数の圧電素子全体に厚さ方向の縦振動を発生させることができる。【０００７】
この場合に、複数の圧電素子は、節に近いほど厚くなり、腹に近いほど薄くなるように、配列されている。複数の圧電素子に等しい大きさの電圧が印加されたときに、厚い圧電素子ほど、流れる電流量は少なくなり、薄い圧電素子ほど、流れる電流量は多くなる。超音波振動子のうち、節側の圧電素子は、変位量が小さいため、必要な電流量が少なく、腹側の圧電素子は、変位量が大きいため、必要な電流量が多い。【０００８】
したがって、節側により厚い圧電素子を配置することによって、過剰な電流の投入を防ぎ、節における発熱を抑制することができる。特に、超音波振動子のうち、節における発熱量が多い。したがって、節における発熱を抑制することで、超音波振動子全体の発熱を効果的に抑制し、高い出力で安定的に駆動し続けることができる。また、腹側により薄い圧電素子を配置することによって、出力を高めることができる。さらに、厚さが異なる圧電素子間において振動速度は異なる。そこで、圧電素子の厚さを順番に薄くまたは厚くすることによって、隣接する圧電素子間における振動速度の違いに伴う振動の伝達効率の低下を防ぎ、出力をさらに高めることができる。【０００９】
上記発明においては、前記複数の圧電素子は、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって、順番に厚さが大きくなるように、配列されていてもよい。【００１０】
上記発明においては、前記複数の圧電素子は、前記腹側から前記節側に向かって順番に圧電定数が高くなるように配列されていてもよく、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって圧電定数が順番に高くなるように、配列されていてもよい。
また、上記発明においては、前記腹側から前記節側に向かって順番にヤング率が低くなるように配列されていてもよく、最も前記節側に位置する圧電素子のヤング率が最も前記腹側に位置する圧電素子のヤング率よりも低くなるように配列されていてもよい。
このようにすることで、発熱の高い抑制効果を維持しながら、振動の発生効率および振動の伝達効率をさらに高めることができる。【００１１】
上記発明においては、前記複数の圧電素子が、該複数の圧電素子の前記厚さ方向の途中位置に腹を有し、前記複数の圧電素子の前記厚さ方向の両側に腹を有する前記縦振動を発生してもよい。
上記発明においては、前記節の前記厚さ方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子が、互いに異なる厚さを有していてもよい。
このようにすることで、隣接する２つの圧電素子間の厚さの差をより小さく抑え、出力をさらに高めることができる。【００１２】
上記発明においては、前記複数の圧電素子は、前記節に対して前記厚さの分布が対称となるように、配列されていてもよい。
このようにすることで、発熱の抑制効果が節の両側において対称的に生じるので、超音波振動子全体の発熱をさらに効果的に抑制することができる。【００１３】
上記発明においては、前記節の前記厚さ方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子の数が、３以上であってもよい。
このようにすることで、隣接する２つの圧電素子間の厚さの差をより小さく抑え、出力をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発熱を抑制し、高い出力で安定的に駆動し続けることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波治療装置の全体構成を示す外観図である。
【図２】図１の超音波治療装置における超音波振動子の全体構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）基端側から長手軸方向に見た背面図である。
【図３】図３の超音波振動子の本体の全体構成図である。
【図４】図３の超音波振動子における圧電素子のヤング率の一例を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る超音波振動子１について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波治療装置１０１の全体構成を示す外観図である。図１に示されるように、本実施形態に係る超音波振動子１は超音波治療装置１０１に適用される。
超音波治療装置１０１は、図１に示されるように、超音波振動子１を内部に有する超音波処置具１０２と、該処置具１０２にケーブル１０９を介して接続され、超音波振動子１に高周波の駆動電圧を供給するとともにこの駆動電圧を制御する制御ユニット１０３とを備えている。符号１０５は、基端が超音波振動子１に固定されたプローブである。
【００１７】
処置具１０２には、制御ユニット１０３から超音波振動子１への駆動電圧の供給の開始および停止を指示するためのハンドスイッチ１０２ａが設けられている。ユーザによってハンドスイッチ１０２ａがＯＮ操作されると、制御ユニット１０３からケーブル１０９を介して駆動電圧が供給されることによって超音波振動子１が超音波振動を発生し、その超音波振動がプローブ１０５を伝わって該プローブ１０５の先端部が振動する。これにより、プローブ１０５の先端部と接触している組織に摩擦熱を発生させ、組織を凝固または切開することができるようになっている。なお、処置具１０２として、超音波振動子１の先端に設けられたホーンを直接組織に接触させる方式のものを採用してもよい。
【００１８】
本実施形態に係る超音波振動子１は、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、ボルト締めランジュバン型（ＢＬＴ）振動子からなる振動子本体（以下、単に「本体」という。）２と、該本体２を収容する放熱管１０とを備えている。符号１４は、超音波振動子１の外側を被覆する電気絶縁性の外筒である。
【００１９】
本体２は、先端側から長手軸Ａに沿って順に、ホーン３と、第１の金属体４と、複数枚の圧電素子からなる積層体５と、第２の金属体６とを備えている。また、本体２は、第１の金属体４、積層体５および第２の金属体６を一体に締結するための、ボルト７とナット８とを備えている。
【００２０】
ホーン３およびボルト７は、高い超音波伝播効率と高い強度とを有する金属からなる単一の部材であって、好ましくは、６４チタン合金（ＡＳＴＭ規格のＢ３４８  Ｇｒａｄｅ５）からなる。ホーン３は、先端に向かって先細となる略円錐状である。ボルト７は、ホーン３の基端面から基端側へ向かって長手軸Ａに沿って真っ直ぐに延びている。
【００２１】
第１の金属体４、積層体５および第２の金属体６には、長手軸Ａに沿って貫通し、ボルト７が挿入されるボルト穴９が形成されている。ナット８は、第２の金属体６の基端面から突出するボルト７の基端部分に締結され、これによって、積層体５が第１の金属体４と第２の金属体６とによって両側から強固に締め付けられている。なお、ナット８を省略し、第２の金属体６が、ボルト７と締結する雌ねじを有することによってナット８を兼ねていてもよい。
【００２２】
制御ユニット１０３内に搭載される図示しない高周波電源からの高周波の駆動電圧が積層体５に印加されると、積層体５が長手軸Ａ方向の縦振動を発生し、発生された縦振動がボルト７を介してホーン３に伝達され、ホーン３の先端が長手軸Ａ方向に振動する。このときに、縦振動が、ホーン３の基端から先端へ伝達する間に増幅されることによって、ホーン３の先端において大きな振幅の振動が得られる。ここで、駆動電圧の周波数は、本体２の先端、中間位置および基端が縦振動の腹となるように、２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の範囲内から選択される。
【００２３】
第１の金属体４は、柱状の部材であり、チタン合金やアルミ合金のような高い強度および弾性を有する金属材料から形成されている。
第２の金属体６は、柱状の部材であり、チタン合金やアルミ合金のような金属材料から形成されている。
金属体４，６は、アルミニウムを主成分とするセラミックス（例えば、ジュラルミン）から形成されていてもよい。
【００２４】
積層体５は、図３に示されるように、長手軸Ａ方向に配列された複数の板状の圧電素子５１，５２，５３，５４を備えている。圧電素子５１，５２，５３，５４は、チタンジルコン酸鉛、チタン酸バリウムまたはニオブ酸カリウムナトリウム等の圧電材料から形成され、厚さ方向に分極している。複数の圧電素子５１，５２，５３，５４は、同一種類の圧電材料から形成されていてもよく、異なる種類の圧電材料から形成されていてもよい。あるいは、複数の圧電素子５１，５２，５３，５４は、同一種類であるが異なる物性値を有する圧電材料から形成されていてもよい。
【００２５】
積層体５は、各圧電素子５１，５２，５３，５４が２枚の電極によって厚さ方向に挟まれるように、圧電素子５１，５２，５３，５４と薄板状の電極（図示略）とが厚さ方向に交互に積層された積層構造を有している。また、積層体５において、圧電素子５１，５２，５３，５４の分極方向は、交互に逆方向となっている。積層体５と第１の金属体４との間、および、積層体５と第２の金属体６との間には、図示しない絶縁体が挟まれており、積層体５は、第１の金属体４および第２の金属体６と電気的に絶縁されている。
【００２６】
電極は、長手軸Ａ方向に交互に正電極と負電極とを構成している。全ての電極は、電気ケーブル１０９を介して制御ユニット１０３内の共通の高周波電源（図示略）に並列に接続され、該高周波電源から共通の交番電圧が駆動電圧として印加されるようになっている。電極に交番電圧が印加されることによって、各圧電素子５１，５２，５３，５４が長手軸Ａ方向に伸縮振動して積層体５全体に長手軸Ａに沿う方向の縦振動が発生するようになっている。このときに、積層体５の長手軸Ａ方向の中心に縦振動の節Ｎが現れ、積層体５の先端側および基端側に腹が現れるように、超音波振動子１は設計される。
【００２７】
積層体５において、複数の圧電素子５１，５２，５３，５４は、先端側から節Ｎに向かって順番に厚さが大きくなるように、かつ、基端側から節Ｎに向かって順番に厚さが大きくなるように、配列されている。また、節Ｎの先端側に配置された圧電素子５１，５２，５３，５４は、互いに異なる厚さを有し、節Ｎの基端側に配置された圧電素子５１，５２，５３，５４は、互いに異なる厚さを有する。さらに、圧電素子５１，５２，５３，５４の厚さの分布は節Ｎに対して対称であり、中央に配置された最も厚い２枚の圧電素子５１の間に節Ｎが位置している。
【００２８】
図３に示される例においては、合計８枚の圧電素子５１，５２，５３，５４が積層体５に設けられている。以下、最も厚い圧電素子を第１圧電素子５１、２番目に厚い圧電素子を第２圧電素子５２、３番目に厚い圧電素子を第３圧電素子５３、最も薄い圧電素子を第４圧電素子５４という。ここで、図示されるように、複数の圧電素子５１，５２，５３，５４は、最も腹側に位置する圧電素子から最も節側に位置する圧電素子に向かって、順番に厚さが大きくなるように、配列されていることが好ましい。
【００２９】
次に、このように構成された超音波振動子１の作用について説明する。
本実施形態に係る超音波振動子１によって超音波振動を発生させるためには、高周波電源から、超音波振動子１の共振周波数または該共振周波数の近傍の周波数を有する交番電圧を電気ケーブル１０９を介して積層体５の電極に供給する。これにより、各圧電素子５１，５２，５３，５４が長手軸Ａ方向に伸縮振動して積層体５に縦振動が発生する。積層体５に発生した縦振動は第１の金属体４およびホーン３を介してプローブ１０５に伝達され、プローブ１０５の先端が長手軸Ａ方向に振動する。したがって、振動するプローブ１０５の先端を生体組織に接触させることによって、生体組織を処置することができる。
【００３０】
ここで、縦振動する積層体５において、変位量の分布は、節Ｎに近い位置では小さく、腹に近い位置では大きく、節Ｎの位置ではゼロとなる。図３において、破線は、積層体５の各位置における変位量を表している。このように、各圧電素子５１，５２，５３，５４が発生する振動の大きさは、積層体５における位置に応じて異なる。
【００３１】
仮に、圧電素子５１，５２，５３，５４の厚さが均一である場合、変位量が異なるにもかかわらず全ての圧電素子５１，５２，５３，５４に投入される電力は等しくなる。電力とは、交番電圧と各圧電素子に流れる電流との積であり、各圧電素子に流れる電流は、後述するように圧電素子の厚さに依存する。したがって、節Ｎ側の圧電素子５１では、電力が過大となって電力の一部が振動ではなく熱に変換されたり、腹側の圧電素子５４では電力が足りずに要求される振動速度を得ることができなったりし得る。腹側の圧電素子５４の振動速度を高めるために交番電圧を増大すると、節Ｎ側の圧電素子５１に供給される交番電圧も増大するので、発熱量が増大する。このように、圧電素子の位置に応じて、各圧電素子の、投入された電力に対する仕事（発生する振動の大きさ）の割合は異なるため、全ての圧電素子への電力の投入量が等しい場合、電力の過不足が生じる。
【００３２】
本実施形態においては、変位量が小さく、小さな電力を必要とする節Ｎ側に厚い第１圧電素子５１が配置され、変位量が大きく、大きな電力を必要とする腹側に薄い第４圧電素子５４が配置されている。したがって、各圧電素子５１，５２，５３，５４に対してそれぞれが必要とする電力が過不足無く投入される。これにより、発熱を抑制しながら出力（ホーン３の先端の振動速度）を高め、高い出力で安定的に駆動し続けることができるという利点がある。
【００３３】
具体的には、圧電素子５１，５２，５３，５４に印加される交番電圧の大きさが等しいときに、厚い圧電素子ほど投入される電力が小さくなる。これは、圧電素子が電極に挟まれた構造はコンデンサと等価であり、各圧電素子が静電容量を有するためである。すなわち、圧電素子が厚い程、静電容量が小さくなり、圧電素子に流れる電流が小さくなる。
【００３４】
したがって、節Ｎ側に厚い圧電素子５１を配置することによって、投入された電力の機械的振動への変換効率を高めて、節Ｎにおける発熱を抑制することができる。特に、発熱量は、超音波振動子１の内、節Ｎにおいて最も多くなる。これは、節Ｎに近い位置ほど、電力が熱に変換され易く、また、圧電素子に生じる応力が大きくなるためである。節Ｎにおける発熱を抑制することによって、超音波振動子１全体の発熱を効果的に抑制することができる。
【００３５】
また、医療用の超音波振動子１は、駆動中の温度上昇が所定の閾値（例えば２０℃）以下に維持されるように動作が制限される。このような制限下で超音波振動子１を効率良く駆動するためには、超音波振動子１の温度上昇が閾値を超えない範囲で交番電圧の大きさを増大することが重要である。本実施形態によれば、超音波振動子１の温度上昇が効果的に抑制されるので、超音波振動子１の温度上昇を所定の閾値以下に維持しながら、積層体５に印加する交番電圧を増大して、超音波振動子１を効率良く駆動することができる。
【００３６】
また、腹側である積層体５の先端に薄い圧電素子５４を配置することによって、積層体５の先端において大きな振動速度が得られる。積層体５の先端は、第１の金属体４に振動を出力する出力端であり、第１の金属体４の先端における振動速度を高めるためには、積層体５の先端における振動速度を高めることが重要となる。したがって、本実施形態によれば、超音波振動子１の出力を効果的に高めることができる。
【００３７】
さらに、厚さが異なる圧電素子間では、振動速度の違いに起因して振動の伝達効率が低下し得る。ただし、節Ｎから先端側および基端側に向かって圧電素子５１，５２，５３，５４を漸次薄くすることによって、隣接する２枚の圧電素子間の厚さの差および振動速度の差が小さく抑制され、振動の伝達効率の低下が防止される。これにより、超音波振動子１の出力をさらに高めることができる。特に、節Ｎの先端側に３枚以上の圧電素子を設け、節Ｎの基端側に３枚以上の圧電素子を設けることによって、隣接する２枚の圧電素子間の振動速度の差を十分に小さく抑えることができ、より高い出力を得ることができる。
【００３８】
本実施形態においては、図４に示されるように、先端側から節Ｎに向かって、また、基端側から節Ｎに向かって、順番にヤング率が小さくなるように、圧電素子５１，５２，５３，５４が配列されていてもよい。ここで、複数の圧電素子５１，５２，５３，５４は、最も節側に位置する圧電素子のヤング率が最も腹側に位置する圧電素子のヤング率よりも低くなるように、配列されていることが好ましい。図４において、ヤング率は、第１の金属体４のヤング率に対する各圧電素子５１，５２，５３，５４のヤング率の比を表している。
【００３９】
ヤング率が異なる２枚の圧電素子間においては伸縮速度が異なるため、２枚の圧電素子間の振動の伝達効率が低下し得る。したがって、隣接する２枚の圧電素子間のヤング率の差は小さいことが好ましい。同じ理由で、隣接する金属体４または６と圧電素子５４との間のヤング率の差も小さいことが好ましい。金属材料のヤング率は一般に圧電材料のヤング率よりも高いので、金属体４，６に隣接する第４圧電素子５４の材料には、ヤング率の高いものが使用される。一方、投入される電力が小さい第１圧電素子５１は、より大きな振動を発生することができるように、ヤング率の低い材料から形成されることが好ましい。
【００４０】
以上の理由から、先端側および節Ｎに向かって、また、基端側から節Ｎに向かって順番にヤング率が低くなるように、複数の圧電素子５１，５２，５３，５４を配列することで、振動の発生効率および振動の伝達効率を高めて、さらに高い出力を得ることができる。
【００４１】
本実施形態においては、先端側から節Ｎに向かって、また、基端側から節Ｎに向かって、順番に圧電定数が大きくなるように、圧電素子５１，５２，５３，５４が配列されていてもよい。ここで、複数の圧電素子５１，５２，５３，５４は、最も腹側に位置する圧電素子から最も節側に位置する圧電素子に向かって、順番に厚さが大きくなるように、配列されていることが好ましい。
このようにすることで、特に第１圧電素子５１による振動の発生効率を高めて、さらに高い出力を得ることができるという利点がある。
また、超音波振動子１の振動特性に関係する他のパラメータ（例えば比誘電率）を、圧電定数や厚さ等に応じて適宜調整してもよい。
【００４２】
本実施形態においては、節Ｎの先端側および基端側の各々において圧電素子５１，５２，５３，５４の厚さが全て異なることとしたが、これに代えて、節Ｎの先端側および基端側の各々において等しい厚さを有する２枚以上の圧電素子が設けられていてもよい。
この場合、等しい厚さを有する２枚以上の圧電素子を一体的に接合することで一組の圧電素子として機能するようにし、腹側から節側に向かって各組の接合する圧電素子の枚数を順番に増やすことで、複数組の圧電素子を隣接して配置するようにしてもよい。このように複数組の圧電素子を配置する場合、最も厚みの小さい組は、単一の圧電素子から構成されていてもよい。
【００４３】
本実施形態においては、節Ｎに対して圧電素子５１，５２，５３，５４の厚さの分布が対称であることとしたが、これに代えて、非対称であってもよい。例えば、節Ｎの先端側に配置された圧電素子と、節Ｎの基端側に配置された圧電素子とが、互いに異なる厚さを有していてもよい。
このようにしても、節Ｎ側に厚い圧電素子を配置し、腹側に薄い圧電素子を配置することによる、発熱の抑制効果を得ることができる。
【００４４】
本実施形態においては、超音波振動子１が、積層体５の長手軸Ａ方向の中央に節Ｎを有し、積層体５の長手軸Ａ方向の両側に腹を有する縦振動を発生することとしたが、縦振動の節Ｎおよび腹の位置はこれに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
例えば、積層体５の先端側に節Ｎを有し、積層体５の基端側に腹を有する縦振動を発生するように、超音波振動子１が設計されてもよい。この場合には、基端側から先端側に向かって順番に圧電素子の厚さが大きくなるように、複数の圧電素子を配列すればよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  超音波振動子
４  第１の金属体
５  積層体
６  第２の金属体
５１，５２，５３，５４  圧電素子
Ｎ  節
【図１】
2017109917.tif 000003
【図２】
2017109917.tif 000004
【図３】
2017109917.tif 000005
【図４】
2017109917.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月28日(2017.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸に沿って積層され、前記長手軸方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、
該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなる、と共に、前記縦振動の節側の方が前記縦振動の腹側よりヤング率が小さくなるように、配列されている超音波振動子。
【請求項２】
前記複数の圧電素子は、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって、順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなるように、配列されている請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記複数の圧電素子は、前記腹側から前記節側に向かって順番に圧電定数が高くなるように、配列されている請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記複数の圧電素子は、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって圧電定数が順番に高くなるように、配列されている請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記複数の圧電素子は、最も前記節側に位置する圧電素子のヤング率が最も前記腹側に位置する圧電素子のヤング率よりも低くなるように、配列されている請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記複数の圧電素子が、該複数の圧電素子の前記長手軸方向の途中位置に腹を有し、前記複数の圧電素子の前記長手軸方向の両側に腹を有する前記縦振動を発生する請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記節の前記長手軸方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子が、互いに異なる前記長手軸方向の厚さを有する請求項６に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記複数の圧電素子は、前記節に対して前記長手軸方向の厚さの分布が対称となるように、配列されている請求項６に記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記節の前記長手軸方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子の数が、３以上である請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項１０】
長手軸に沿って積層され、前記長手軸方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、
該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなる、と共に、前記縦振動の節側の方が前記縦振動の腹側よりヤング率が小さくなるように、配列されている超音波振動子と、
前記超音波振動子で発生した前記縦振動を伝達するプローブと、
を備えた超音波処置具。
【請求項１１】
長手軸に沿って積層され、前記長手軸方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、
該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなる、と共に、前記縦振動の節側の方が前記縦振動の腹側よりヤング率が小さくなるように、配列されている超音波振動子と、前記超音波振動子で発生した前記縦振動を伝達するプローブと、を備えた超音波処置具と、
前記超音波振動子に供給する駆動電圧を制御する制御ユニットと、
を備えた超音波治療装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、長手軸に沿って積層され、前記長手軸方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなる、と共に、前記縦振動の節側の方が前記縦振動の腹側よりヤング率が小さくなるように、配列されている超音波振動子を提供する。
本発明によれば、積層された複数の圧電素子に厚さ方向に電圧を印加して圧電素子を厚さ方向に振動させることによって、複数の圧電素子全体に厚さ方向の縦振動を発生させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記発明においては、前記複数の圧電素子は、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって、順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなるように、配列されていてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記発明においては、前記複数の圧電素子は、前記腹側から前記節側に向かって順番に圧電定数が高くなるように配列されていてもよく、最も前記腹側に位置する圧電素子から最も前記節側に位置する圧電素子に向かって圧電定数が順番に高くなるように、配列されていてもよい。
また、上記発明においては、最も前記節側に位置する圧電素子のヤング率が最も前記腹側に位置する圧電素子のヤング率よりも低くなるように配列されていてもよい。
このようにすることで、発熱の高い抑制効果を維持しながら、振動の発生効率および振動の伝達効率をさらに高めることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記発明においては、前記複数の圧電素子が、該複数の圧電素子の前記長手軸方向の途中位置に腹を有し、前記複数の圧電素子の前記長手軸方向の両側に腹を有する前記縦振動を発生してもよい。
上記発明においては、前記節の前記長手軸方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子が、互いに異なる前記長手軸方向の厚さを有していてもよい。
このようにすることで、隣接する２つの圧電素子間の厚さの差をより小さく抑え、出力をさらに高めることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記発明においては、前記複数の圧電素子は、前記節に対して前記長手軸方向の厚さの分布が対称となるように、配列されていてもよい。
このようにすることで、発熱の抑制効果が節の両側において対称的に生じるので、超音波振動子全体の発熱をさらに効果的に抑制することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記発明においては、前記節の前記長手軸方向の一側および他側の各々に配置された前記圧電素子の数が、３以上であってもよい。
このようにすることで、隣接する２つの圧電素子間の厚さの差をより小さく抑え、出力をさらに高めることができる。
また、本発明の他の態様は、長手軸に沿って積層され、前記長手軸方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなる、と共に、前記縦振動の節側の方が前記縦振動の腹側よりヤング率が小さくなるように、配列されている超音波振動子と、前記超音波振動子で発生した前記縦振動を伝達するプローブと、を備えた超音波処置具を提供する。
また、本発明の他の態様は、長手軸に沿って積層され、前記長手軸方向の縦振動を発生する複数の圧電素子を備え、該複数の圧電素子は、前記縦振動の腹側から前記縦振動の節側に向かって順番に前記長手軸方向の厚さが大きくなる、と共に、前記縦振動の節側の方が前記縦振動の腹側よりヤング率が小さくなるように、配列されている超音波振動子と、前記超音波振動子で発生した前記縦振動を伝達するプローブと、を備えた超音波処置具と、前記超音波振動子に供給する駆動電圧を制御する制御ユニットと、を備えた超音波治療装置を提供する。
【国際調査報告】
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