(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、圧電体膜および上部電極からなる圧電素子と、を有し、
前記振動板は、前記圧電素子が形成されている面に対して水平方向に伸縮振動し、
前記振動板のヤング率に対する、前記振動板のヤング率と前記圧電体膜のヤング率との
差が２０％以内である共振振動子を備えることを特徴とする超音波処置具。
【請求項２】
前記振動板のヤング率に対する、前記振動板のヤング率と前記圧電体膜のヤング率との
差が１０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の超音波処置具。
【請求項３】
前記振動板はチタン（Ｔｉ）あるいはその合金から形成されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の超音波処置具。
【請求項４】
前記圧電体膜の膜厚が１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の
いずれか１項に記載の超音波処置具。
【請求項５】
機械的品質係数Ｑｍが２０００以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか
１項に記載の超音波処置具。
【請求項６】
機械的品質係数Ｑｍが４０００以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか
１項に記載の超音波処置具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波処置具に係り、特に、高い振動速度を得ることができる超音波処置具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療現場においては、術後の早期回復や患者への負担軽減から、切開部をできるだけ少なくすることが求められており、その解決方法として内視鏡手術が盛んに取り入れられてきている。内視鏡手術のため、様々な手術用具が開発され適用範囲が広げられている。そのような状況の下、超音波ナイフが内視鏡手術の道具として期待されている。
【０００３】
このような超音波処置具として、下記の特許文献１には、超音波振動を発生させる圧電素子と、発生した超音波振動の振幅を拡大するホーン部と、振動を伝達するプローブと、を介して処置部に超音波振動を励起する超音波処置具が記載されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、内視鏡手術に用いることを意図した、縦振動（切除する生体面に対してほぼ垂直方向に振動）を用いたマイクロ超音波メスが提案されている。縦振動は、圧電体膜のｄ３１モードで励起されるようになっており、振動速度を検出できるようにセンサデバイスも組み込むことが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６５６８９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】黒澤実、笹沼健史「ＰＺＴ膜を用いたマイクロ超音波メス用振動子の振動速度向上」  社団法人  電子情報通信学会、信学技法、ＵＳ２００９−１０９（２１３）３１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の超音波処置具は、圧電素子に、大きな振動速度が得られるようにボルト締めランジュバン振動子を使用しているが、超音波処置具として、切開、凝固などを行なうには振動速度が足りないために振動速度を拡大するホーン部が必要となっていた。しかしながら、ホーン部で振動速度を拡大するためには、処置部に対して振動部のサイズを大きくする必要がある。そのため、内視鏡内で超音波処置具を利用しようとすると、振動部のサイズは直径約２ｍｍ〜３ｍｍ程度に限られてしまうため、処置部はさらに小さくなってしまい、処置に時間がかかるなどの問題があった。また、非特許文献１には、ホーン部を持たない矩形形状と、変成比が３．５のホーン部を有した構造が記載されており、振動部の振動速度が矩形形状で２ｍ／ｓ、ホーン部を有した形状で７ｍ／ｓであることが記載されている。超音波処置具として切開、凝固を行なうためには、７ｍ／ｓの振動速度が必要であるため、変成比を３．５以上にする必要がある。そのため、処置部の幅が１ｍｍよりも小さくなってしまう。また振動のトルクは変成比の分小さくなるためトルクが小さいという問題もあった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高い振動速度を得ることができる超音波処置具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】
【０００９】
本発明は前記目的を達成するために、振動板と、圧電体膜および上部電極からなる圧電
素子と、を有し、前記振動板は、前記圧電素子が形成されている面に対して水平方向に伸
縮振動し、前記振動板のヤング率に対する、前記振動板のヤング率と前記圧電体膜のヤン
グ率との差が２０％以内である共振振動子を備えることを特徴とする超音波処置具を提供する。
【００１０】
本発明は、前記振動板のヤング率に対する、前記振動板のヤング率と前記圧電体膜のヤング率との差が１０％以内であることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、前記振動板のヤング率に対する、振動板のヤング率と圧電体膜のヤン
グ率との差を２０％以内、好ましくは１０％以内とすることにより、振動板と圧電体膜の
共振振動により振動速度を高くすることができる。
また、振動板を圧電素子が形成されている面に対して水平方向に伸縮振動させているの
で、超音波処置具として使用した場合に、生体の切開作用、コアギュレーションによる止
血作用を得ることができる。
また、高い振動速度を得ることができるので、ホーン部が不要、あるいは、変成比を小さくすることができるので、処置部のサイズを大きくすることができる。したがって、超音波処置具として好適に用いることができる。
【００１２】
本発明は、前記振動板はチタン（Ｔｉ）あるいはその合金から形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、振動板の材料として、チタンあるいはその合金を用いているので、形成される圧電体膜とのヤング率の差を小さくすることを容易に行なうことができる。また、共振振動子を、例えば超音波処置具として用いた場合に、体内で安全に使用することができる。
【００１６】
本発明は、前記圧電体膜の膜厚が１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
本発明によれば、圧電体膜の膜厚を上記範囲とすることにより、装置を小型化することができる。
【００１８】
本発明は、機械的品質係数Ｑｍが２０００以上であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、機械的品質係数Ｑｍが４０００以上であることが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、機械的品質係数Ｑｍを上記範囲とすることにより、共振振動子の発熱を抑えることができるので、高い振動速度を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の超音波処置具によれば、振動板と圧電体膜のヤング率を所望の範囲とすることにより、高い振動速度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】共振振動子の構造を示す平面図である。
【図２】共振振動子の駆動部の構造を示す断面図である。
【図３】（ａ）はＲＦスパッタリング装置の概略断面図、（ｂ）は成膜中の様子を模式的に示す図である。
【図４】超音波処置具の全体構成図である。
【図５】実施例における周波数と振動速度の関係を示すグラフ図である。
【図６】実施例における駆動電圧と振動速度の関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面に従って本発明に係る共振振動子およびこの共振振動子を有する超音波処置具の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２６】
〔共振振動子〕
図１は、本発明に用いられる共振振動子５０の構造の一例を模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示す共振振動子５０の駆動部５６の基板（振動板）５２および圧電素子５４の構造を模式的に示す断面図である。
【００２７】
共振振動子５０は、図１に示すように圧電素子５４を備え基板５２を振動させる駆動部５６、基板５２の先端であり圧電素子５４の駆動により振動する振動部５８、駆動を支持する支持部６０、および駆動部５６を支持部６０に固定する固定部６２から構成されている。圧電素子５４は、図１においては、駆動部５６と固定部６２から支持部６０の一部に設けられているが、これは、支持部６０上の圧電素子５４に電極を接続するためであり、圧電素子５４を形成する位置は、駆動部５６に形成されていれば特に限定されない。
【００２８】
圧電素子５４は、図２に示すように、基板５２上に、下部電極６４、圧電体膜６６、上部電極６８を備えて形成されている。
【００２９】
〔圧電素子〕
次に、本発明の共振振動子５０に用いられる圧電素子５４について説明する。圧電素子５４は、図２に示すように、基板５２上に、下部電極６４、圧電体膜６６、上部電極６８が順次積層された素子であり、圧電体膜６６に対して、下部電極６４と上部電極６８とにより厚み方向に電界が印加されるようになっている。圧電体膜６６は、電界が印加されると、圧電素子５４の電界方向と垂直方向（ｄ３１方向）に伸縮するため、基板５２の長手方向、すなわち、圧電素子５４が形成されている面に対して水平方向に伸縮振動する。
【００３０】
基板５２の材料としては、Ｔｉ、ＳＵＳ、Ａｌ、およびその合金などを挙げることができ、基板のヤング率に対して形成される圧電体膜のヤング率と基板５２のヤング率との差が２０％以内となる基板を用いる。その中でも、Ｔｉおよびその合金を用いることが好ましい。Ｔｉおよびその合金を用いることにより、圧電体膜とのヤング率を所望の範囲内に容易にすることができ、また、後述する超音波処置具などに使用する場合に安全に使用することができる。なお、基板に対するヤング率の差とは、基板のヤング率をａ、圧電体膜のヤング率をｂとした時、ヤング率の差＝（｜ａ−ｂ｜／ａ）×１００（％）により求めることができる。
【００３１】
下部電極６４は必要に応じて設けることができる。例えば、基板５２が金属などの導電性を有する材料で形成されている場合は、下部電極を設けず、基板５２上に直接圧電体膜６６を成膜することができる。下部電極６４の主成分としては、特に制限はなく、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＬａＮｉＯ３、およびＳｒＲｕＯ３等の金属または金属酸化物、およびこれらの組合せが挙げられる。上部電極６８の主成分としては特に制限なく、下部電極６４で例示した材料、Ａｌ、Ｔａ、Ｃｒ、およびＣｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００３２】
圧電体膜６６としては、下記一般式（Ｐ）で表される１種または複数種のペロブスカイト型酸化物を用いることができる。
【００３３】
一般式ＡａＢｂＯ３…（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイト元素であり、Ｐｂを含む少なくとも１種の元素、Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、Ｏ：酸素原子。ａ＝１．０かつｂ＝１．０である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
下記に示す気相成長法により圧電体膜を成膜することで、１．０≦ａであるＰｂ抜けのない組成の圧電体膜を成膜することができ、１．０＜ａであるＰｂリッチな組成の圧電体膜を提供することもできる。ａの上限は特に制限がなく、１．０≦ａ≦１．３であれば、圧電性能が良好な圧電膜を得ることができる。
【００３４】
下部電極６４と上部電極６８の厚みは特に制限なく、例えば２００ｎｍ程度である。圧電体膜６６の膜厚は特に制限なく、通常１μｍ以上であり、例えば、１〜５μｍである。
【００３５】
〔圧電体膜の製膜方法〕
次に圧電体膜の製膜方法について説明する。本発明の圧電体膜は、プラズマを用いる気相成長法により膜を製膜することができ、成膜温度Ｔｓ（℃）と、成膜時のプラズマ中のプラズマ電位Ｖｓ（Ｖ）とフローティング電位Ｖｆ（Ｖ）との差であるＶｓ−Ｖｆ（Ｖ）と、成膜される膜の特性との関係に基づいて製膜条件を決定することができる。
【００３６】
適用可能な気相成長法としては、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、イオンプレーティング法、およびプラズマＣＶＤ法等が挙げられる。上記関係が求められる膜の特性としては、膜の結晶構造および／または膜組成が挙げられ、膜の組成を調整することで、圧電体膜のヤング率を変更することができる。
【００３７】
図３に基づいて、スパッタリング装置を例として、プラズマを用いる成膜装置の構成例について説明する。図３（ａ）はＲＦスパッタリング装置の概略断面図であり、図３（ｂ）は成膜中の様子を模式的に示す図である。
【００３８】
ＲＦスパッタリング装置１００は、内部に、基板Ｂが装着されると共に、装着された基板Ｂを所定温度に加熱することが可能なヒータ１１１と、プラズマを発生させるプラズマ電極（カソード電極）１１２とが備えられた真空容器１１０から概略構成されている。ヒータ１１１とプラズマ電極１１２とは互いに対向するように離間配置され、プラズマ電極１１２上に成膜する膜の組成に応じた組成のターゲットＴが装着されるようになっている。プラズマ電極１１２は高周波電源１１３に接続されている。
【００３９】
真空容器１１０には、真空容器１１０内に成膜に必要なガスＧを導入するガス導入管１１４と、真空容器１１０内のガスの排気Ｖを行なうガス排出管１１５とが取り付けられている。ガスＧとしては、Ａｒ、またはＡｒ／Ｏ２混合ガス等が使用される。図３（ｂ）に模式的に示すように、プラズマ電極１１２の放電により真空容器１１０内に導入されたガスＧがプラズマ化され、Ａｒイオン等のプラスイオンＩｐが生成される。生成されたプラスイオンＩｐはターゲットＴをスパッタする。プラスイオンＩｐにスパッタされたターゲットＴの構成元素Ｔｐは、ターゲットから放出され中性あるいはイオン化された状態で基板Ｂに蒸着される。図中、符号Ｐがプラズマ空間を示している。
【００４０】
プラズマ空間Ｐの電位はプラズマ電位Ｖｓ（Ｖ）となる。通常、基板Ｂは絶縁体であり、かつ、電気的にアースから絶縁されている。したがって、基板Ｂはフローティング状態にあり、その電位はフローティング電位Ｖｆ（Ｖ）となる。ターゲットＴと基板Ｂとの間にあるターゲットの構成元素Ｔｐは、プラズマ空間Ｐの電位と基板Ｂの電位との電位差Ｖｓ−Ｖｆの加速電圧分の運動エネルギーを持って、成膜中の基板Ｂに衝突すると考えられる。
【００４１】
プラズマ電位Ｖｓおよびフローティング電位Ｖｆは、ラングミュアプローブを用いて測定することができる。プローブの電圧をフローティング電位Ｖｆより高くしていくと、イオン電流は次第に減少し、プローブに到達するのは電子電流だけとなる。この境界の電圧がプラズマ電位Ｖｓである。Ｖｓ−Ｖｆは、基板とターゲットとの間にアースを設置するなどして、変えることができる。
【００４２】
プラズマを用いる気相成長法において、成膜される膜の特性を左右するファクターとしては、成膜温度、基板の種類、基板に先に成膜された膜があれば下地の組成、基板の表面エネルギー、成膜圧力、雰囲気ガス中の酸素量、投入電極、基板／ターゲット間距離、プラズマ中の電子温度および電子密度、プラズマ中の活性種密度および活性種の寿命等が考えられる。
【００４３】
また、本発明においては、上述したプラズマを用いる気相成長法のほかに、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）およびＰＬＤ（パルスレーザーデポジション）法などの気相法、ゾルゲル法および有機金属分解法などの液相法、およびエアロゾルデポジション法などにより成膜することもできる。また、バルクセラミックスを直接接合で貼り合わせた後、所望の膜厚まで研磨で薄化させることで形成することもできる。基板のヤング率に対して、成膜された圧電体膜と基板とのヤング率の差を２０％以内とすることができれば、成膜方法は特に限定されず成膜することができる。
【００４４】
〔圧電体膜の性能〕
上述したような成膜条件を変更し、基板のヤング率に対する基板のヤング率と圧電体膜のヤング率の差を２０％以内とすることにより、圧電体膜が振動した時に、基板と圧電膜の界面で働く応力を小さくすることができるため、機械的品質係数Ｑｍを高くすることができる。機械的品質係数Ｑｍは、後述する実施例における周波数と振動速度のグラフから求めることができる。
【００４５】
機械的品質係数Ｑｍは、振動により弾性損失を表わす係数であり、機械的損失係数の逆数で表わされる。圧電素子が弾性振動すると、内部に損失が生じ熱に変換される。すなわち、機械的品質係数Ｑｍが低いと、振動が発熱の要因となるため、高い振動速度を得ることができない。
【００４６】
本発明においては、基板のヤング率に対する基板のヤング率と圧電体膜のヤング率との差を２０％以内とすることで、機械的品質係数Ｑｍが高くなり、発熱を抑えることができ、高い振動速度を得ることができる。好ましくは、基板のヤング率と圧電体膜のヤング率を１０％以内とすることが好ましい。
【００４７】
基板のヤング率に対する基板のヤング率と圧電体膜のヤング率との差を２０％以内とすることにより、機械的品質係数Ｑｍを２０００以上とすることができる。さらに、機械的品質Ｑｍは４０００以上とすることが好ましい。
【００４８】
〔超音波処置具〕
次に、本発明の共振振動子を用いた超音波処置具の一例について説明する。図４は、超音波処置具の一例として、超音波ナイフを備える超音波処置具の全体構成図である。超音波処置具１０は、ＥＳＤ処置において、針状ナイフや周辺切開および粘膜剥離用ナイフ（以下、「切開剥離ナイフ」ともいう）などの超音波ナイフ（メス）として機能するナイフ部１２と、ナイフ部１２を超音波ナイフとして機能させるように術者によって操作される操作部本体１４とを有し、超音波処置具１０は、ナイフ部１２に電圧を印加する高周波発生装置１６から構成される。この超音波処置具１０においては、上述の共振振動子５０の基板５２に相当するのが刃部１８である。
【００４９】
ここで、ナイフ部１２は、刃部（処置部）１８、圧電素子５４、刃固定部２２、可撓性を有するシース（接続部）２４、第１の電極（接地電位）２６、第２の電極２８、樹脂封止材３０、可撓性コード４６を有する。
【００５０】
また、操作部本体１４は、刃部１８の操作用のリング３２ａ、リング３２ｂ、リング３２ｃおよび高周波発生装置１６への接続用端子であるコネクタ３４を有する。
【００５１】
なお、操作部本体１４のコネクタ３４と高周波発生装置１６とは、高周波電圧コード３８によって電気的に接続されている。
【００５２】
ナイフ部１２の刃部１８は、ＥＳＤ処置において、周辺切開、全周切開（カット）や粘膜下層の剥離などに用いられる切開剥離ナイフとして機能するもので、圧電素子５４の振動により刃部１８が振動可能に構成されている。
【００５３】
刃部１８は、圧電素子５４に印加する電界強度を増減させて圧電素子５４を伸縮させることにより、図４中矢印に示す方向に超音波振動させることにより切開を行なうことができる。
【００５４】
刃固定部２２は、シース２４の内部先端に固定され、刃部１８を往復移動（進退）可能に支持する機能を有する。すなわち、刃固定部２２は刃部１８のシース２４の先端からの突出および退避に際し、シース２４に対し、刃部１８を進退可能に支持する。
【００５５】
シース２４は、可撓性を有する絶縁性材料で構成され、刃部１８、圧電素子５４、第１の電極２６、第２の電極２８を物理的かつ電気的に保護するものである。
【００５６】
第１の電極２６、第２の電極２８は、圧電素子５４に高周波電圧を供給するためのもので、導電性材料で構成され、リング３２ｂおよび３２ｃに連結されている。
【００５７】
樹脂封止材３０は、シース２４の生体側を封止するために設けられる。本発明においては、圧電素子５４を体内に挿入する部分に設けることができるので、感電を防止するために樹脂で覆うことが好ましい。また、圧電体膜６６の材料として鉛を用いることができるので、樹脂で覆うことが好ましい。シース２４の封止材として樹脂を用いることで、刃部１８の駆動時の共振周波数の影響を少なくすることができる。
【００５８】
次に、操作部本体１４の構成および作用について説明する。
【００５９】
術者が操作部本体１４のリング３２ａに親指を、操作用スライダのリング３２ｂおよび３２ｃに人差指と中指を挿入し、操作部本体１４に対して操作用スライダをスライドさせると、このスライドにより、操作用スライダに連結している可撓性コード４６を介して刃部１８は、シース２４から進退（往復移動）できるようになっている。
【００６０】
コネクタ３４には、高周波発生装置１６から高周波電圧コード３８が接続されており、第１の電極２６と第２の電極２８が電気的に接続されているため、この高周波電圧は、第１の電極２６および第２の電極２８の両方に加えられ、圧電素子５４が振動することで、刃部１８を超音波振動させ、切開剥離ナイフとして機能させることができる。
【００６１】
上記超音波ナイフが使用される処置具（内視鏡）の鉗子口径は約３ｍｍ程度である。超音波ナイフの場合は、ホーン形状を設けることにより振動部の振動速度を拡大することができる。しかしながら、ホーンの拡大率が大きくなると、口径のサイズが限られているため、処置部（振動部）のサイズが小さくなってしまう。処置部が小さくなると、処置に要する作業が多くなり、手術時間が長くなることが懸念される。現状使用されている超音波ナイフの場合は、先端径が約１ｍｍであり、約３倍の変成比である。エクスポネンシャルホーンを想定した場合には、変成比は振動部と、処置部の径の比で求めることができるので、変成比は２倍以下とすることが好ましい。超音波メスとして求められる振動速度は、７ｍ／ｓ以上であるため、変成比を有さない矩形形状での振動速度は３．５ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
【００６２】
なお、本発明の共振振動子は、上述した超音波ナイフに限定されず、各種アクチュエータや、レゾネータ、センサ、発振子等に用いることもできる。
【００６３】
［実施例］
ヤング率が１１３ＧＰａであるＴｉ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ基板で図１に示すような矩形共振振動子を作製した。振動部は固定部を介して支持部に固定されている。基板の厚みは０．３ｍｍであった。
【００６４】
基板上に下部電極として、第１層ＴｉＷを５０ｎｍ、第２層Ｉｒを１５０ｎｍ、スパッタ法により成膜した。下部電極の上に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をスパッタリング装置の電力を５００Ｗ（実施例１）、７００Ｗ（実施例２）の条件でスパッタリング法により成膜した。圧電体膜の厚みは４μｍであった。電力を変化させることで圧電体膜の鉛量を変化させることができ、鉛量に応じてヤング率を変化させることができる。
【００６５】
成膜条件は以下の通りとし、成膜温度は５５０℃とした。
成膜装置：Ｒｆスパッタ装置、
ターゲット：Ｐｂ１．３（（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）０．８８Ｎｂ０．１２）Ｏ３焼結体（Ｂサイト中のＮｂ量：１２モル％）、
基板温度：４５０℃、
基板―ターゲット間距離：６０ｍｍ、
成膜圧力：０．２９Ｐａ、
成膜ガス：Ａｒ／Ｏ２＝９７．５／２．５（モル比）。
【００６６】
成膜された圧電体膜の鉛量を蛍光Ｘ線分析で測定したところ、モル比で１．０５（実施例１）、１．１０（実施例２）であった。またヤング率をナノインデンター法で測定したところ１１０ＧＰａ（実施例１）、１０１ＧＰａ（実施例２）であった。
【００６７】
次に上部電極として、第１層ＴｉＷを５０ｎｍ、第２層をＰｔ１５０ｎｍで、メタルマスクを用いて、振動部の端部から０．１ｍｍの範囲全体を覆うように成膜した。また、固定部を通り、支持部に電極パットをパターニングした。
【００６８】
下部電極と電気的に接続されているＴｉ基板と、上部電極と電気的に接続されている電極パットに０．７Ｖの電圧を印加することで、振動部を駆動させた。共振振動子の側面の振動速度をレーザードップラー振動計で測定を行った。結果を図５に示す。
【００６９】
実施例１、実施例２とも２９１.５０Ｈｚにて最大振動速度が得られた。この周波数２９１．５０Ｈｚのピークから機械的品質係数を求めたところ、実施例１はＱｍ＝４９０８、実施例２はＱｍ＝２６９８であった。
【００７０】
なお、機械的品質係数Ｑｍは、共振の鋭さを表わす量として用いられ、下記式として共振時の振幅倍率で定義される。
【００７１】
【数１】
0005301585.tif 000002
【００７２】
Ｑｍ値を求める方法として共振曲線の最大振幅から−３ｄＢの点の周波数帯域幅Δｆ＝ｆ２−ｆ１を求め、Δｆと共振周波数ｆ０の比として求めることができる。
【００７３】
【数２】
0005301585.tif 000003
【００７４】
次に共振周波数である２９１．５０Ｈｚにて電圧を変更して振動速度を測定した。結果を図６に示す。
【００７５】
実施例１においては、振動速度は、ほぼ印加電圧に比例して増加しており、２８Ｖで約８ｍ／ｓの振動速度を得ることができた。実施例２においては、印加電圧に比例して３ｍ／ｓまでは振動速度が増加しているが、約３．５ｍ／ｓでそれ以上電圧を上げても振動速度が増加しなかった。これは、機械的品質係数Ｑｍが低いため、機械振動による発熱が影響していると考えられる。
【００７６】
比較例として、従来技術として挙げた非特許文献１、黒澤実、笹沼健史「ＰＺＴ膜を用いたマイクロ超音波メス用振動子の振動速度向上」  社団法人  電子情報通信学会、信学技法、ＵＳ２００９−１０９（２１３）３１．には、図１１に基板の片面に圧電素子を形成した場合、駆動電圧２０Ｖで振動速度が約２ｍ／ｓであることが記載されている。非特許文献１に記載されている圧電体膜は水熱合成により成膜されたものであり、ヤング率は約５０ＧＰａであり、Ｔｉ基板のヤング率は約１００ＧＰａであるので、基板と圧電体膜のヤング率の差は５０％であった。
【００７７】
これに対し、実施例２では、ヤング率の差が１０．６％であり、駆動電圧２０Ｖで振動速度が３．５ｍ／ｓであった。これは、約１．８倍の振動速度を得ることができており、より低い変成比で切開、凝固を行なうことができる振動速度を得ることができる。
【００７８】
また、実施例１においては、ヤング率の差が２．６５％であり、駆動電圧を上げることで、振動速度８ｍ／ｓと充分に高い振動速度を得ることができており、ホーンを有さなくても切開を可能とすることができる。ホーンを有さなくても切開できる振動速度を得ることにより、装置の小型化をすることができるので、例えば、内視鏡の体内に挿入する部分に駆動部を設けることができ、処置具の設計の幅を広げることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…超音波処置具、１２…ナイフ部、１４…操作部本体、１６…高周波発生装置、１８…刃部（処置部）、２０…圧電素子、２２…刃固定部、２４…シース（接続部）、２６…第１の電極（接地電極）、２８…第２の電極、３０…樹脂封止材、３２…リング、３４…コネクタ、３８…高周波電圧コード、４６…可撓性コード、５０…共振振動子、５２…基板、５４…圧電素子、５６…駆動部、５８…振動部、６０…支持部、６２…固定部、６４…下部電極、６６…圧電体膜、６８…上部電極
【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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