(57)【要約】【課題】従来の超音波外科手術用ハンドピースの小型化を各部品の小型化により実現させると組立てや電極配線が困難な作業となり組立時間を要する。また菌・洗浄に対する気密のために部品の構成が複雑になり、金属間に挟まれた絶縁物による容量成分が多数存在する。【解決手段】本発明は、内部電極と圧電体を交互に重ねて側面に外部電極を備えた積層型圧電体と、これを包み込む構造を有し、積層圧電体の外部電極に接する面に電極用金属板が装着可能で且つ絶縁体で形成された固定部材とで構成され、電極配線スペースが不要で圧電要素が内部露出せず、気密確保が容易となり、小型化及びケーシングの構造を簡略化できる。固定部材が絶縁材料で形成され、ホーンと積層型圧電素子の間に絶縁物が挿入されて、容量成分が減少される超音波外科手術用ハンドピースである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部電極と圧電体を交互に重ねた積層体の側面に外部電極を設けた積層型圧電体と、
前記積層圧電体の前記外部電極に接する面に電極用金属板が装着可能であり、該積層型圧電体を包み込む構造により該積層型圧電体を固定する絶縁体で形成された固定部材と、
を具備することを特徴とする超音波外科手術用ハンドピース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型で且つ組み立て性の良い超音波外科手術用ハンドピースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超音波外科手術用ハンドピースは、特許文献１に記載されるように、中心孔を有する圧電要素及び電極を交互に積層して、第１及び第２の共鳴器の間にボルト締めしたランジュバン型振動子（ＢＬＴ）をハウジングに節位置で固定する構成である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９２２３９号公報、１５頁及び図３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載されるような従来のハンドピースには、以下の問題がある。
第１に、特許文献１に記載される構成のハンドピースを単に小型化した場合、ＢＬＴを構成する各部品が小さくなるため組立てが難しくなったり、時間を要することになる。この小型化に際して、製作工程においては、特に圧電要素と電極の中心孔にボルトを通して、これらを交互に積層する製作工程と、各電極から配線する製作工程とが最も困難で時間を要する作業となっている。また、電極からの配線のスペースを確保しなくてはならず、ＢＬＴが小型化されたとしても、ハンドピースの小型化の実現には直結していない。
【０００５】
第２に、圧電要素がハンドピース内部では露出していることにより、滅菌・洗浄に対する気密を確保しなければならず、ＢＬＴをハウジングに固定する部品の構成が複雑になっている。
【０００６】
第３に、高周波高出力で外科的処置を行う必要がある場合、超音波出力部分である圧電要素から患者への漏電防止を向上させる必要があり、図６に示すように上記構成の従来のハンドピースでは、第１共鳴器２３及び第２共鳴器２４と電極２５との間に絶縁板２６を挿入し、ボルト２７の外周に絶縁チューブ２８を被覆することにより圧電要素２９と共鳴器２３，２４との絶縁抵抗を向上させている。しかし、ボルト２７と電極２５に挟まれた絶縁チューブ２８、共鳴器２３，２４と電極２５に挟まれた絶縁板２６等の「金属間に挟まれた絶縁物」にて構成される容量成分が多数存在することとなる。
【０００７】
絶縁抵抗値｜Ｚ｜と容量Ｃとの関係は｜Ｚ｜＝１／（２πｆＣ）［ｆ：電流の周波数］である。すなわち、容量が大きければ絶縁抵抗値は低下することとなり、所望の漏電防止効果を得るため、絶縁部材を大型化した結果、振動子が更に大きくなる場合が考えられる。この容量成分の問題を解決するために、ボルト２７を絶縁材にて形成する方法がある。この構成によれば容量成分は減少するが、上記問題点「小型化した場合の組立て性」、「配線スペース」及び「圧電要素の露出」は解決されていない。
【０００８】
そこで本発明は、配線工程が簡略化され、電極からの配線スペースが省略でき且つ小径で小型化されたランジュバン型振動子を搭載する超音波外科手術用ハンドピースを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、内部電極と圧電体を交互に重ねた積層体の側面に外部電極を設けた積層型圧電体と、前記積層圧電体の前記外部電極に接する面に電極用金属板が装着可能であり、該積層型圧電体を包み込む構造により該積層型圧電体を固定する絶縁体で形成された固定部材とを具備する超音波外科手術用ハンドピースを提供する。
【００１０】
以上のような構成の超音波外科手術用ハンドピースは、複数の内部電極と圧電体からなる積層型圧電体を絶縁体からなる固定部材が収納して包み込むように固定され、固定部材の内部側面に配置された金属板が積層型圧電体の外部電極と接触して電気的に接続する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１、図２及び図３には、本発明による第１の実施形態に係る超音波外科手術用ハンドピース（以下、ハンドピースと称する）の構成例を示し、説明する。ここで、図１は本実施形態におけるハンドピースの断面構成を示し、図２はハンドピース内に実装される積層型圧電体及び固定部材を斜めから見た組み立て構成例を示し、図３は図２に示す固定部材に設けられる金属板の断面構成を示している。
【００１３】
このハンドピース１は、ホーン２と、積層型圧電体３と、絶縁物で形成される固定部材４と、陽極及び陰極の導線５と、収納ケースとなるハウジング６と、ハウジング押え９と、ケーブル１０とから構成される。これらのうち、ホーン２は、例えばチタン合金で形成され、固定部材４と螺合する雄ネジ７と、ハウジング押え９によりハウジング６に固定されるフランジ１１とから構成される。
【００１４】
積層型圧電体３は、図２に示すように、圧電体１３、陰極内部電極１４及び陽極内部電極１５を交互に重ねた積層体と、この積層体の上下面に配置される保護層１６と、側面２箇所に形成される面取り部にそれぞれ配置される一対の陰極及び陽極の外部電極１７と、から構成される。
【００１５】
この構成において、陰極内部電極１４は、一層おきに配置され、一方の外部電極１７に接続され、さらに陽極内部電極１５も一層おきに陰極内部電極１４と交互に配置され、他方の外部電極１７に接続されている。この外部電極１７は、それぞれの圧電体１３の中心を挟み対向して配置される面取り部に設けられており、圧電体１３が積層された際に連結してそれぞれが電気的に接続してもよいし、後述する金属板２１が各圧電体の外部電極と接触して金属板２１を介して電気的に接続されるようになっていてもよい。
【００１６】
この積層圧電体３は、以下のように製造される。
まず、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料と、アクリル樹脂等のバインダーと、フタル酸ジブチル等の可塑性剤とを混合して、圧電体１３となるセラミックシート製作する。そして、内部電極１４及び銀ペースト１５を介して、これらのセラミックシートと順次重ね合わせて、脱バインダー熱処理した後に焼成することにより完成する。
【００１７】
また、固定部材４は、例えばチタン合金からなり、雌ネジ１２と切欠１９とが形成された開口部１８と、開口部１８底面から貫通する２つの導線孔２０と、切欠１９に接着される金属板２１と、各導線孔２０を通して金属板２１とケーブル１０を接続する導線５から構成される。
この開口部１８の内径は、積層型圧電体３の外径と嵌合する寸法であり、切欠１９は、外部電極１７が形成された積層型圧電体３の面取り部と嵌合する形状である。
【００１８】
また、ホーン２と積層圧電体３と固定部材４とを組立てる際に、積層型圧電体３に圧縮応力を加える必要があるため、切欠１９の深さは積層圧電体３の長さより若干浅く形成されている。この積層型圧電体３に圧縮応力を印加する理由は、一般的に圧電体は圧縮強度に対して引張り強度は１／１０程度であるため、無負荷の状態で電気信号を入力すると引張り応力により圧電体が破壊される虞があることによる。導線５は、導体外周を絶縁被覆した構造であり、導線５を通した導線孔２０には図示しないシリコーンが埋め込まれている。
【００１９】
そして、図３に示すように、金属板２１は金属部分２１ａと絶縁コート２１ｂが貼り合わされて構成される。この絶縁コート２１ｂは、金属部分２１ａの外部電極１７と接触する面以外の周囲面を覆っている。この絶縁コート２１ｂが施された面が切欠き１９に接着される。
【００２０】
このように構成されたハンドピースの作用について説明する。
ハンドピースは、図示されていない駆動装置からの電気信号がケーブル１０及び導線５を介して金属板２１から積層型圧電体３の外部電極１７に伝導され、超音波出力する。積層型圧電体３の外部電極１７に電気信号を伝える金属板２１は、固定部材４に接触する面に絶縁コート２１ｂが施されているため、固定部材４とは絶縁され、陽極と陰極との導通を防止している。
【００２１】
同様に導線５は、絶縁被覆が施されている上に導線孔２０内にはシリコーンが埋め込まれているため、固定部材４とは絶縁され、陽極と陰極との導通を防止している。また、積層型圧電体３はホーン２と固定部材４とで囲まれた上に導線孔２０は、シリコーンで封印されているため、外部との気密を保つことができる。振動系は、固定部材４の開口部１８に積層圧電体３を挿入し、ホーン２をトルク２〜４０Ｎ・ｍで締めることにより組み付けられる。
【００２２】
このハンドピースの超音波振動の特性は、図１（ｂ）に示すように、振動系全体で１波長になる。この特性において、ホーン先端８及び積層圧電体３の中心は、腹位置に相当し、ハウジング６との固定位置フランジ１１は節位置に相当する。ここでは節位置を固定しているため、術者がハウジング６を握り作業を行っても振動は伝わらない。振動の腹位置にあるホーン２先端には図示されていない処置部分がネジ止め可能となっている。
【００２３】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように積層圧電体３の中心を節位置とする振動系全体で１／２波長とすることも可能である。この場合、１波長の振動系と比較して全長を短くすることが可能である。
このように構成されたハンドピースは、従来技術では必要であった圧電要素と電極の中心孔にボルトを通してこれらを交互に積層する工程及び各電極から配線する工程が、それぞれ積層型圧電体３を固定部材４に挿入する工程と導線５をケーブル１０に接続する工程に置き換わっている。このため、電極からの配線作業が必要なく、工程時間短縮につながる、また、その配線スペースがなくなり、振動系とハウジング６との隙間が縮小して装置全体が小型化される。また、積層圧電体を固定部材とホーンとで包み込む構造にすることで、従来と比較して部品点数が少なくなる上に製作工程も単純になる。
【００２４】
さらに、圧電要素がハンドピース内部で露出していないため、気密の確保が容易となり振動系を囲い込むケーシングの構造が簡素化できる。
また、従来のハンドピースにおける容量成分（図６参照）は、第１共鳴器と圧電体電極の間、第２共鳴器電極と圧電体電極との間、ボルトと絶縁チューブ電極と圧電体との間等、多数の金属間に挟まれた絶縁物が存在する。これに対して、本実施形態によける容量成分（図５参照）は、ホーンと積層圧電体の内部電極１４との間のみであり、容量成分が減少している。また、固定部材が絶縁材で形成され、ホーンと積層型圧電素子との間に絶縁物を挿入することで、従来と比較して容量成分が減少するため、さらなる絶縁抵抗の向上される。
【００２５】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るハンドピースの構成例を示す。
図５（ａ）に示すように、ホーン２と積層圧電体３との間にアルミナ等の絶縁板２２を挿入した構成である。また固定部材４をアルミナ等の絶縁材で形成している。
本実施形態における金属板２１は、金属部分のみで構成され、絶縁コートは施されていない。これ以外の構成部位は、前述した第１の実施形態の構成部位と同等であり、ここでの説明は省略する。
【００２６】
本実施形態においては、絶縁板２２と絶縁材で構成された固定部材４により、ホーン２と積層型圧電体３は絶縁され、積層圧電体３から患者への漏れ電流を防止する。容量成分は、図５（ａ）のＤ部を拡大した図５（ｂ）に示すように、ホーン２と積層型圧電体３の内部電極で構成される個所のみに存在する。
【００２７】
一方、従来技術のハンドピースの構成は、図６に示すように、容量成分としては、Ａ部、Ｂ部及びＣ部等の合計した値となる。例えば、絶縁抵抗について、本実施形態の図５と従来技術の図６とを比較した結果、３５ｋＨｚでの絶縁抵抗を測定すると、本実施形態では、１２００ｋΩ、従来技術では、２５０ｋΩの結果が得られている。上記以外の作用は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００２８】
以上第２の実施形態によれば、従来技術によるハンドピースと比較して、容量成分が減少するため、さらなる絶縁抵抗の向上が可能となる。また、従来技術に比べて、部品点数が減少して作業工程が単純され、コストダウンを実現することができる。
【００２９】
また、電極からの配線スペースが必要ないため、ハンドピースが小型化される。圧電要素がハンドピース内部で露出していないため、気密の確保が容易となりケーシングの構造を簡略化できる。固定部材が絶縁材料で形成されるため、ホーンと積層型圧電素子との間に絶縁物が挿入されることとなり、従来技術に比べて、容量成分が減少し、さらなる絶縁抵抗の向上が可能となる。
【００３０】
以上の実施形態について説明したが、本明細書には以下のような発明も含まれている。
【００３１】
（１）複数の圧電体に陰極内部電極若しくは陽極内部電極を交互に挟んで積層され、その側面で互いに対向し、陰極内部電極若しくは陽極内部電極のいずれかに接続される一対の外部電極を設けた積層型圧電体と、
前記積層圧電体を嵌入して固定可能な有底孔を有する絶縁物から形成される固体部材と、
前記固体部材の有底孔の内側面に配置され、収納時に前記一対の外部電極と接触して電気的に接続する電極用金属板と、
前記固体部材を収納し、前記積層型圧電体により発生する振動を節位置で該固体部材を固定するハウジングと、
前記電極用金属板に接続し、前記ハウジングの外部に設けられるケーブルまで電気的導通を行うための導線と、
を具備することを特徴とする超音波外科手術用ハンドピース。
【００３２】
（２）前記電極用金属板は、前記外部電極に直接的に接触して電気的に接続する金属板と、
この金属板の前記接触する面を除く周囲面を外部と電気的に絶縁するように覆う絶縁コートと、からなる貼り合わせ構造を有する前記（１）項に記載の超音波外科手術用ハンドピース。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、配線工程が簡略化され、電極からの配線スペースが省略でき且つ小径で小型化されたランジュバン型振動子を搭載する超音波外科手術用ハンドピースを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るハンドピースの断面構成及び振動特性を示す図である。
【図２】第１の実施形態における積層型圧電体及び固定部材を斜め方向から見た外観構成を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態における固定部材に設けられた金属板の断面構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態における振動系全体で１／２波長とする変形例の構成及び振動特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るハンドピースの断面構成を示す図である。
【図６】従来のハンドピースの断面構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ハンドピース
２…ホーン
３…積層型圧電体
４…固定部材
５…導線
６…ハウジング
７…雄ネジ
８…ホーン先端
９…ハウジング押え
１０…ケーブル
１１…フランジ
１２…雌ネジ
１３…圧電体
１４…陰極内部電極
１５…陽極内部電極
１６…保護層
１７…外部電極
１８…開口部
１９…切欠
２０…導線孔
２１…金属板
２１ａ…金属部分
２１ｂ…絶縁コート
２２…絶縁板
２３…第１共鳴器
２４…第２共鳴器
２５…電極
２６…絶縁板
２７…ボルト
２８…絶縁チューブ
２９…圧電要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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