(57)【要約】  超音波振動子６は、生体組織を処置する処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体７を備える。振動子本体７は、供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子７３を有し、膨張及び収縮の方向に沿って複数の圧電素子７３が積層された状態で一体に締結して構成される。複数の圧電素子７３は、第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、膨張及び収縮のタイミングが第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備える。
2020044513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織を処置する処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体を備え、
前記振動子本体は、
供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結して構成され、
前記複数の圧電素子は、
第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、
膨張及び収縮のタイミングが前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備える超音波振動子。
【請求項２】
前記第２の圧電素子は、
前記第１のタイミングで収縮し、前記第２のタイミングで膨張する請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記振動子本体と接続され、前記振動子本体が発生させた前記超音波振動を増幅するとともに前記処置部に対して伝達するホーンをさらに備える請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記超音波振動子には、
前記超音波振動の節が一つ設けられ、
前記複数の圧電素子は、
前記節と前記超音波振動子の長手方向における前記ホーンから離間した端部との間において、前記節から前記端部に向けて積層されている請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記複数の圧電素子は、
６個で構成され、
前記第２の圧電素子は、
１個以上で構成され、
前記第２の圧電素子の少なくとも一つは、
前記節から５番目の位置に配置されている請求項４に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記振動子本体は、
定電流制御によって前記超音波振動を発生させる請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項７】
生体組織を処置する処置部と、
前記処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体を有する超音波振動子と、を備え、
前記振動子本体は、
供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結して構成され、
前記複数の圧電素子は、
第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、
膨張及び収縮のタイミングが前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備える超音波処置具。
【請求項８】
前記第２の圧電素子は、
前記第１のタイミングで収縮し、前記第２のタイミングで膨張する請求項７に記載の超音波処置具。
【請求項９】
前記超音波振動子は、
前記振動子本体と接続され、前記振動子本体が発生させた前記超音波振動を増幅するとともに前記処置部に対して伝達するホーンをさらに備える請求項７に記載の超音波処置具。
【請求項１０】
前記超音波振動子には、
前記超音波振動の節が一つ設けられ、
前記複数の圧電素子は、
前記節と前記超音波振動の長手方向における前記ホーンから離間した端部との間において、前記節から前記端部に向けて積層されている請求項９に記載の超音波処置具。
【請求項１１】
前記複数の圧電素子は、
６個で構成され、
前記第２の圧電素子は、
１個以上で構成され、
前記第２の圧電素子の少なくとも一つは、
前記節から５番目の位置に配置されている請求項１０に記載の超音波処置具。
【請求項１２】
前記振動子本体は、
定電流制御によって前記超音波振動を発生させる請求項７に記載の超音波処置具。
【請求項１３】
供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結され、定電流制御における前記複数の圧電素子の膨張及び収縮によって超音波振動を発生させる超音波振動子の製造方法であって、
前記複数の圧電素子の分極方向が特定の方向に沿う姿勢で配置された通常状態に対して、前記複数の圧電素子毎に、分極方向を反転させた姿勢で配置した状態での前記超音波振動子の振幅を測定し、
前記振幅に基づいて、分極方向を反転させる前記圧電素子を決定する超音波振動子の製造方法。
【請求項１４】
所望の振幅で駆動する前記超音波振動子を製造するために、前記振幅に基づいて、分極方向を反転させる前記圧電素子を決定する請求項１３に記載の超音波振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子、超音波処置具、及び超音波振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、供給された駆動信号に応じて超音波振動を発生させる超音波振動子を有し、当該超音波振動を生体組織に対して付与することによって当該生体組織を処置する超音波処置具が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の超音波振動子は、積層された状態で積層方向に沿って貫通したボルトによって一体化され、駆動信号に応じて積層方向に沿って膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有する。すなわち、当該超音波振動子は、ＢＬＴ（ボルト締めランジュバン型振動子）によって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２６１８３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波振動子には、個体差、及びロット間バラつきがある。例えば、同様に製造された２つの超音波振動子のうち、一方の超音波振動子では発生させた超音波振動の振幅が所望の振幅となるが、他方の超音波振動子では発生させた超音波振動の振幅が所望の振幅とならない場合がある。
特許文献１に記載の超音波振動子のように、複数の圧電素子の厚み寸法を調整すれば、当該超音波振動の振幅を所望の振幅に調整することができる。しかしながら、超音波振動子毎に複数の圧電素子の厚み寸法を調整した場合には、超音波振動子によっては、圧電素子全体の静電容量が設計上の静電容量とは大きく異なるものとなってしまう場合がある。このように静電容量が設計上の静電容量とは大きく異なるものとなってしまった場合には、当該超音波振動子を制御するにあたって、制御構造を設計上の製造構造から大幅に変更する必要がある。すなわち、大幅な設計変更を行う必要がある。
そこで、大幅な設計変更を行うことなく、所望の振幅を容易に得ることができる技術が要望されている。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所望の振幅を容易に得ることができる超音波振動子、超音波処置具、及び超音波振動子の製造方法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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子は、生体組織を処置する処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体を備え、前記振動子本体は、供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結して構成され、前記複数の圧電素子は、第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、膨張及び収縮のタイミングが前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備える。【０００７】
本発明に係る超音波処置具は、生体組織を処置する処置部と、前記処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体を有する超音波振動子と、を備え、前記振動子本体は、供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結して構成され、前記複数の圧電素子は、第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、膨張及び収縮のタイミングが前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備える。【０００８】
本発明に係る超音波振動子の製造方法は、供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結され、定電流制御における前記複数の圧電素子の膨張及び収縮によって超音波振動を発生させる超音波振動子の製造方法であって、前記複数の圧電素子の分極方向が特定の方向に沿う姿勢で配置された通常状態に対して、前記複数の圧電素子毎に、分極方向を反転させた姿勢で配置した状態での前記超音波振動子の振幅を測定し、前記振幅に基づいて、分極方向を反転させる前記圧電素子を決定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る超音波振動子、超音波処置具、及び超音波振動子の製造方法によれば、所望の振幅を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態に係る処置システムを示す図である。
【図２】図２は、超音波振動子を示す図である。
【図３】図３は、第１の電極板を示す図である。
【図４】図４は、第２の電極板を示す図である。
【図５】図５は、超音波振動子の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、超音波振動子の製造方法を説明する図である。
【図７】図７は、超音波振動子の製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔処置システムの概略構成〕
図１は、本実施の形態に係る処置システム１の概略構成を示す図である。
処置システム１は、生体組織における処置の対象となる部位（以下、対象部位と記載）に対して超音波エネルギを付与することによって、当該対象部位を処置する。ここで、当該処置とは、例えば、対象部位の凝固及び切開を意味する。この処置システム１は、図１に示すように、超音波処置具２と、制御装置３とを備える。
【００１２】
〔超音波処置具の構成〕
超音波処置具２は、例えば、腹壁を通した状態で対象部位を処置する医療用処置具である。この超音波処置具２は、図１に示すように、ハンドピース４と、超音波トランスデューサ５とを備える。
ハンドピース４は、図１に示すように、保持ケース４１と、操作ノブ４２と、スイッチ４３と、シース４４と、ジョー４５と、超音波プローブ４６とを備える。
保持ケース４１は、超音波処置具２全体を支持する。
操作ノブ４２は、保持ケース４１に対して移動可能に取り付けられ、術者による開閉操作を受け付ける。
【００１３】
スイッチ４３は、保持ケース４１の外部に露出した状態で設けられ、術者による出力開始操作を受け付ける。そして、スイッチ４３は、制御装置３に対して当該出力開始操作に応じた操作信号を出力する。
シース４４は、円筒形状を有する。なお、以下では、シース４４の中心軸を中心軸Ａｘ（図１）と記載する。また、以下では、中心軸Ａｘに沿う一方側を先端側Ａｒ１（図１）と記載し、他方側を基端側Ａｒ２（図１）と記載する。そして、シース４４は、基端側Ａｒ２の一部が保持ケース４１の先端側Ａｒ１から当該保持ケース４１の内部に挿入されることによって、当該保持ケース４１に対して取り付けられる。
【００１４】
ジョー４５は、シース４４における先端側Ａｒ１の端部に回転可能に取り付けられ、超音波プローブ４６における先端側Ａｒ１の部分との間において対象部位を把持する。なお、上述した保持ケース４１及びシース４４の内部には、術者による操作ノブ４２への開閉操作に応じて、超音波プローブ４６における先端側Ａｒ１の部分に対してジョー４５を開閉させる開閉機構（図示略）が設けられている。
【００１５】
超音波プローブ４６は、本発明に係る処置部に相当する。この超音波プローブ４６は、中心軸Ａｘに沿って直線状に延在する長尺形状を有し、図１に示すように、先端側Ａｒ１の部分が外部に突出した状態でシース４４の内部に挿通される。また、超音波プローブ４６の基端側Ａｒ２の端部は、超音波トランスデューサ５を構成する超音波振動子６（図２（ａ）参照）と接続する。そして、超音波プローブ４６は、超音波振動子６が発生させた超音波振動を基端側Ａｒ２の端部から先端側Ａｒ１の端部まで伝達する。
【００１６】
超音波トランスデューサ５は、図１に示すように、超音波トランスデューサケース５１と、超音波振動子６（図２（ａ）参照）とを備える。
超音波トランスデューサケース５１は、超音波振動子６を支持するとともに、保持ケース４１に対して着脱自在に接続する。
【００１７】
図２は、超音波振動子６を示す図である。
超音波振動子６は、制御装置３による制御の下、超音波振動を発生させる。本実施の形態では、超音波振動子６は、ＢＬＴ（ボルト締めランジュバン型振動子）によって構成されている。この超音波振動子６は、図２（ａ）に示すように、振動子本体７と、フロントマス８と、バックマス９とを備える。
振動子本体７は、図２（ａ）に示すように、第１，第２の電極板７１，７２と、複数（本実施の形態では６枚）の圧電素子７３とを備える。
【００１８】
図３は、第１の電極板７１を示す図である。
第１の電極板７１は、制御装置３から駆動信号が供給される部分である。この第１の電極板７１は、図２（ａ）または図３に示すように、複数（本実施の形態では４枚）の負電極板７１１と、複数（本実施の形態では３つ）の負電極配線部７１２と、リード線接続端子７１３とを備える。
【００１９】
複数の負電極板７１１は、図３に示すように、中央に開口７１１ａを有する円板形状をそれぞれ有し、中心軸Ａｘに沿って並設されている。
複数の負電極配線部７１２は、互いに隣り合う負電極板７１１の外縁部同士を電気的に接続する部分である。
リード線接続端子７１３は、電気ケーブルＣ（図１，図２（ａ））を構成するリード線Ｃ１（図２（ａ））が接続される部分である。このリード線接続端子７１３は、複数の負電極板７１１のうち、最も基端側Ａｒ２に位置する負電極板７１１の外縁から基端側Ａｒ２に向けて延在する。
【００２０】
図４は、第２の電極板７２を示す図である。
第２の電極板７２は、制御装置３から駆動信号が供給される部分である。この第２の電極板７２は、図２（ａ）または図４に示すように、複数（本実施の形態では３枚）の正電極板７２１と、複数（本実施の形態では２つ）の正電極配線部７２２と、リード線接続端子７２３とを備える。
【００２１】
複数の正電極板７２１は、図４に示すように、中央に開口７２１ａを有する円板形状をそれぞれ有し、中心軸Ａｘに沿って並設されている。なお、正電極板７２１は、負電極板７１１と略同一の形状を有する。
複数の正電極配線部７２２は、互いに隣り合う正電極板７２１の外縁部同士を電気的に接続する部分である。
そして、負電極板７１１及び正電極板７２１は、図２（ａ）に示すように、中心軸Ａｘに沿って交互に配設されている。
リード線接続端子７２３は、電気ケーブルＣを構成するリード線Ｃ１が接続される部分である。このリード線接続端子７２３は、複数の正電極板７２１のうち、最も基端側Ａｒ２に位置する正電極板７２１の外縁から基端側Ａｒ２に向けて延在する。
【００２２】
複数の圧電素子７３は、中央に開口（図示略）を有する円板形状をそれぞれ有し、負電極板７１１と正電極板７２１との間にそれぞれ配設されている。すなわち、複数の圧電素子７３は、中心軸Ａｘに沿って積層されている。そして、複数の圧電素子７３は、第１，第２の電極板７１，７２に供給された駆動信号に応じて、中心軸Ａｘに沿う積層方向に電位差が生じることによって、当該積層方向に沿って膨張及び収縮を交互に繰り返す。これによって、超音波振動子６は、当該積層方向を振動方向とする縦振動の超音波振動を発生させる。
【００２３】
フロントマス８は、中心軸Ａｘに沿って直線状に延在する長尺形状を有する。このフロントマス８は、図２（ａ）に示すように、素子装着部８１と、断面積変化部８２と、プローブ装着部８３とを備える。
素子装着部８１は、中心軸Ａｘに沿って直線状に延在するボルトであり、複数の負電極板７１１の各開口７１１ａ、複数の正電極板７２１の各開口７２１ａ、及び複数の圧電素子７３の各開口（図示略）にそれぞれ挿通される。そして、素子装着部８１における基端側Ａｒ２の端部には、図２（ａ）に示すように、ナットによって構成されたバックマス９が取り付けられる。
【００２４】
断面積変化部８２は、本発明に係るホーンに相当する。この断面積変化部８２は、素子装着部８１における先端側Ａｒ１の端部に設けられ、超音波振動の振幅を増幅する部分である。また、断面積変化部８２は、図２（ａ）に示すように、基端側Ａｒ２の端部が素子装着部８１よりも径寸法が大きく設定され、先端側Ａｒ１に向かうにしたがって断面積が減少する円錐台形状を有する。すなわち、複数の負電極板７１１、複数の正電極板７２１、及び複数の圧電素子７３は、素子装着部８１が中心軸Ａｘに沿って貫通し、断面積変化部８２とバックマス９との間に挟持されることにより、略円柱形状を有した状態で一体に締結されている。なお、本実施の形態では、断面積変化部８２と圧電素子７３との間、及びバックマス９と圧電素子７３との間には、それぞれ絶縁板８４（図２（ａ））が介装されている。
プローブ装着部８３は、図２（ａ）に示すように、断面積変化部８２における先端側Ａｒ１の端部に設けられ、中心軸Ａｘに沿って直線状に延在している。そして、プローブ装着部８３における先端側Ａｒ１の端部には、ハンドピース４に対して超音波トランスデューサ５が接続された状態で、超音波プローブ４６における基端側Ａｒ２の端部が接続される。
【００２５】
〔制御装置の構成〕
制御装置３には、電気ケーブルＣ（図１）によって、超音波処置具２が着脱自在に接続される。そして、制御装置３は、電気ケーブルＣを経由することによって、超音波処置具２の動作を統括的に制御する。この制御装置３は、図１に示すように、エネルギ源３１と、検出回路３２と、プロセッサ３３とを備える。
エネルギ源３１は、プロセッサ３３による制御の下、電気ケーブルＣ（一対のリード線Ｃ１）を経由することによって、超音波振動子６に対して交流電力である駆動信号を出力する。
【００２６】
検出回路３２は、エネルギ源３１から超音波振動子６に対して出力されている駆動信号に基づいてＵＳ信号を検出する。そして、検出回路３２は、検出したＵＳ信号をプロセッサ３３に対して出力する。
ここで、当該ＵＳ信号としては、駆動信号における電圧の位相信号（以下、ＵＳ電圧位相信号と記載）、当該駆動信号における電流の位相信号（以下、ＵＳ電流位相信号と記載）、当該駆動信号における電流値（以下、ＵＳ電流と記載）、当該駆動信号における電圧値（以下、ＵＳ電圧と記載）、当該ＵＳ電流及び当該ＵＳ電圧から算出されるインピーダンス値（以下、ＵＳインピーダンスと記載）等を例示することができる。
プロセッサ３３は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）等であり、メモリ（図示略）に記憶されたプログラムにしたがって、処置システム１全体の動作を制御する。
なお、プロセッサ３３の機能については、以下の「処置システムの動作」において、説明する。
【００２７】
〔処置システムの動作〕
次に、上述した処置システム１の動作について説明する。
術者は、超音波処置具２を手で持ち、当該超音波処置具２における先端側Ａｒ１の部分を、例えば、トロッカ等を用いて腹壁を通してから腹腔内に挿入する。そして、術者は、操作ノブ４２を開閉操作し、ジョー４５と超音波プローブ４６における先端側Ａｒ１の部分とによって対象部位を把持する。この後、術者は、スイッチ４３を押下する。そして、プロセッサ３３は、スイッチ４３からの操作信号に応じて、以下に示す制御を実行する。
【００２８】
プロセッサ３３は、エネルギ源３１の動作を制御し、当該エネルギ源３１から出力される駆動信号における周波数を掃引し、検出回路３２から出力されるＵＳ信号（例えば、ＵＳ電流、ＵＳ電流位相信号及びＵＳ電圧位相信号の位相差等）に基づいて、超音波振動子６の共振周波数を探索する。そして、プロセッサ３３は、エネルギ源３１の動作を制御し、ＵＳ信号（例えば、ＵＳ電流、ＵＳ電流位相信号及びＵＳ電圧位相信号の位相差等）に基づいて、当該エネルギ源３１から出力される駆動信号における周波数を当該探索した共振周波数にロックするＰＬＬ制御を実行する。本実施の形態では、プロセッサ３３は、ＰＬＬ制御を実行する際、ＵＳ電流を一定に保つ定電流制御を実行する。これにより、超音波振動子６は、超音波振動（縦振動）を発生させる。ここで、断面積変化部８２における基端側Ａｒ２の端部は、縦振動の節Ｐ１（図２（ｂ））となる。また、プローブ装着部８３における先端側Ａｒ１の端部、及びバックマス９における基端側Ａｒ２の端部は、それぞれ縦振動の腹Ｐ２，Ｐ３（図２（ｂ））となる。すなわち、超音波振動子６の全長は、縦振動の波長の約１／２である。
【００２９】
そして、超音波振動子６に発生させた縦振動は、超音波プローブ４６に伝達される。これによって、超音波プローブ４６における先端側Ａｒ１の部分は、当該縦振動によって、所望の振幅で振動する。すなわち、ジョー４５と超音波プローブ４６における先端側Ａｒ１の部分との間に把持された対象部位には、当該先端側Ａｒ１の部分から超音波振動が付与される。言い換えれば、対象部位には、当該先端側Ａｒ１の部分から超音波エネルギが付与される。これによって、当該先端側Ａｒ１の部分と対象部位との間に摩擦熱が発生する。そして、当該対象部位は、凝固しつつ切開される。
【００３０】
〔超音波振動子の製造方法〕
次に、超音波振動子６の製造方法について説明する。
図５は、超音波振動子６の製造方法を示すフローチャートである。図６及び図７は、超音波振動子６の製造方法を説明する図である。具体的に、図６（ａ）は、複数の圧電素子７３を通常状態で配置した構成を示している。図６（ｂ）は、複数の圧電素子７３のうち１枚の圧電素子７３ｅの分極方向を通常状態から反転させた姿勢で配置した構成を示している。
なお、図６では、複数の圧電素子７３の実装位置を、断面積変化部８２（節Ｐ１）に近接する側から基端側Ａｒ２に向けて順に、実装位置「１」〜「６」としている。また、各実装位置「１」〜「６」の圧電素子７３をそれぞれ圧電素子７３ａ〜７３ｆとしている。さらに、圧電素子７３内部における正電荷を「＋」によって表現し、負電荷を「−」によって表現し、分極方向を矢印によって表現している。また、負電極板７１１及び正電極板７２１の位置を一点鎖線によって表現している。
【００３１】
ここで、図６（ａ）に示した通常状態とは、複数の圧電素子７３を負電荷「−」側が負電極板７１１に対向し、正電荷「＋」側が正電極板７２１に対向する姿勢でそれぞれ配置した状態を意味する。
【００３２】
先ず、作業者は、以下に示す工程Ｓ１を実行する。
作業者は、複数の圧電素子７３を図６（ａ）に示した通常状態に設定する。また、作業者は、制御装置３を操作し、当該制御装置３によって超音波振動子６の定電流制御を実行させる。これによって、超音波振動子６は、超音波振動（縦振動）を発生する。この場合、複数の圧電素子７３は、通常状態に設定されているため、同一の第１のタイミングで膨張するとともに、同一の第２のタイミングで収縮することとなる。そして、作業者は、振動計等を用いることによって、当該縦振動の振幅を測定する。
【００３３】
工程Ｓ１の後、作業者は、工程Ｓ１において測定した振幅が所望の振幅であるか否かを判断する（工程Ｓ２）。
所望の振幅であると判断した場合（工程Ｓ２：Ｙｅｓ）には、作業者は、超音波振動子６を通常状態で用いることを決定する（工程Ｓ３）。工程Ｓ３の後、作業者は、超音波振動子６の製造方法を終了する。
【００３４】
一方、所望の振幅ではないと判断した場合（工程Ｓ２：Ｎｏ）には、作業者は、以下に示す工程Ｓ４を実行する。
作業者は、例えば図６（ｂ）に示すように、実装位置「１」〜「６」のいずれか一つの圧電素子７３（図６（ｂ）の例では圧電素子７３ｅ）の分極方向を通常状態から反転させた姿勢で配置する。また、作業者は、工程Ｓ１と同様に、制御装置３を操作し、当該制御装置３によって超音波振動子６の定電流制御を実行させる。これによって、超音波振動子６は、超音波振動（縦振動）を発生する。この場合、例えば図６（ｂ）の状態では、複数の圧電素子７３のうち、圧電素子７３ａ〜７３ｄ，７３ｆは、同一の第１のタイミングで膨張するとともに、同一の第２のタイミングで収縮することとなる。すなわち、圧電素子７３ａ〜７３ｄ，７３ｆは、本発明に係る第１の圧電素子に相当する。一方、圧電素子７３ｅは、分極方向が通常状態から反転しているため、圧電素子７３ａ〜７３ｄ，７３ｆとは逆に、第１のタイミングで収縮するとともに、第２のタイミングで膨張することとなる。すなわち、圧電素子７３ｅは、本発明に係る第２の圧電素子に相当する。そして、作業者は、振動計等を用いることによって、当該縦振動の振幅を測定する。
【００３５】
工程Ｓ４の後、作業者は、実装位置「１」〜「６」の全ての圧電素子７３について工程Ｓ４を実行したか否かを判断する（工程Ｓ５）。
全ての圧電素子７３について実行していないと判断した場合（工程Ｓ５：Ｎｏ）には、作業者は、工程Ｓ４に戻る。
【００３６】
一方、全ての圧電素子７３について実行したと判断した場合（工程Ｓ５：Ｙｅｓ）には、作業者は、以下に示す工程Ｓ６を実行する。
作業者は、工程Ｓ４において測定した振幅を参照し、実装位置「１」〜「６」のうち、分極方向を反転させることによって所望の振幅に近い振幅となる実装位置を決定する。そして、作業者は、当該決定した実装位置の圧電素子７３の分極方向を通常状態から反転させた姿勢で超音波振動子６を用いることを決定する。なお、本実施の形態では、図６（ｂ）に示すように、分極方向を反転させる実装位置として実装位置「５」を決定している。
【００３７】
工程Ｓ１において測定した通常状態での振幅に対する工程Ｓ４においてそれぞれ測定した各振幅の増加率（以下、振幅増加率と記載）と分極方向を反転させた圧電素子７３の実装位置「１」〜「６」との関係は、図７に示す通りである。
実装位置「１」〜「６」の圧電素子７３ａ〜７３ｆのいずれの分極方向を通常状態から反転させた場合であっても、振幅増加率は、正の値となっている。言い換えれば、通常状態の振幅よりも高い振幅となっている。これは、以下の理由が考えられる。
圧電素子７３ａ〜７３ｆのいずれかの分極方向を通常状態から反転させた場合には、超音波振動子６は、通常状態に対して振動効率が悪くなる。そして、振動効率が悪くなると、定電流制御において、圧電素子７３ａ〜７３ｆ毎に印加される電圧値は、通常状態よりも高くなる。すなわち、圧電素子７３ａ〜７３ｆのいずれかの分極方向を通常状態から反転させた場合には、印加される電圧値が通常状態よりも高くなるため、通常状態の振幅よりも高い振幅となる。
【００３８】
また、振幅増加率は、実装位置「１」の圧電素子７３ａの分極方向を通常状態から反転させた場合に最も高いものとなり、分極方向を反転させる圧電素子７３の実装位置が実装位置「２」から「６」に向かうにしたがって（節Ｐ１から離間するにしたがって）、少なくなっている。これは、以下の理由が考えられる。
複数の圧電素子７３のうち、超音波振動子６の振動に寄与する振動寄与率は、節Ｐ１に近い位置に実装される圧電素子７３ａが最も高く、実装位置「１」〜「６」に実装される圧電素子７３ａ〜７３ｆの順に小さくなる。すなわち、振動寄与率の高い圧電素子７３の分極方向を通常状態から反転させれば振幅増加率が高くなり、振動寄与率の低い圧電素子７３の分極方向を通常状態から反転させれば振幅増加率が低くなる。
【００３９】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施の形態に係る超音波振動子６では、複数の圧電素子７３は、第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する圧電素子７３ａ〜７３ｄ，７３ｆと、第１のタイミングで収縮し、第２のタイミングで膨張する圧電素子７３ｅとを備える。すなわち、複数の圧電素子７３のうち、圧電素子７３ｅの分極方向を通常状態から反転させるだけで、所望の振幅を得ることができる。この際、圧電素子７３ｅの分極方向を通常状態から反転させた場合であっても、圧電素子７３全体の静電容量は、通常状態での圧電素子７３全体の静電容量から変化しない。このため、圧電素子７３ｅの分極方向を通常状態から反転させた場合であっても、超音波振動子６を制御するにあたって、制御構造を設計上の製造構造から変更する必要がない。すなわち、大幅な設計変更を行う必要がない。
以上のことから、本実施の形態に係る超音波振動子６によれば、大幅な設計変更を行うことなく、所望の振幅を容易に得ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態に係る超音波振動子６では、複数の圧電素子７３は、節Ｐ１よりも基端側Ａｒ２において、中心軸Ａｘに沿って積層されている。言い換えれば、超音波振動子６は、縦振動の節Ｐ１が１つのみ存在し、その全長が縦振動の波長の約１／２となる。このため、超音波振動子６の小型化、ひいては、超音波処置具２の小型化を図ることができる。
【００４１】
（その他の実施形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態では、複数の圧電素子７３は、６枚によって構成されていたが、その他の数によって構成しても構わない。また、６枚の圧電素子７３のうち、節Ｐ１から５番目の圧電素子７３ｅを本発明に係る第２の圧電素子としていたが、これに限らず、その他の位置の圧電素子７３を本発明に係る第２の圧電素子としても構わない。さらに、本発明に係る第２の圧電素子の数は、１枚に限らず、その他の数としても構わない。
【００４２】
上述した実施の形態では、本発明に係る第２の圧電素子である圧電素子７３ｅは、本発明に係る第１の圧電素子である圧電素子７３ａ〜７３ｄ，７３ｆとは逆に、第１のタイミングで収縮し、第２のタイミングで膨張していたが、これに限らない。本発明に係る第２の圧電素子としては、膨張及び収縮のタイミングが本発明に係る第１の圧電素子とは異なっていれば、膨張及び収縮のタイミングをその他のタイミングとしても構わない。すなわち、本発明に係る第２の圧電素子の膨張及び収縮のタイミングを本発明に係る第１の圧電素子とは異なるものとすれば、超音波振動子６は、通常状態に対して振動効率が悪くなるため、通常状態の振幅よりも高い振幅となると考えられる。
【００４３】
上述した実施の形態では、超音波振動子６は、超音波振動の波長の約１／２の全長を有していたが、これに限らず、その他の全長、例えば当該波長と略同一の全長を有する構成としても構わない。
【００４４】
上述した実施の形態では、超音波処置具２として、対象部位に対して超音波エネルギを付与する構成を採用していたが、これに限らず、対象部位に対して、超音波エネルギと、高周波エネルギ及び熱エネルギの少なくとも一方のエネルギとを付与する構成を採用しても構わない。ここで、「対象部位に対して高周波エネルギを付与する」とは、対象部位に対して高周波電流を流すことを意味する。また、「対象部位に対して熱エネルギを付与する」とは、ヒータ等の熱を対象部位に伝達することを意味する。
【符号の説明】
【００４５】
１  処置システム
２  超音波処置具
３  制御装置
４  ハンドピース
５  超音波トランスデューサ
６  超音波振動子
７  振動子本体
８  フロントマス
９  バックマス
３１  エネルギ源
３２  検出回路
３３  プロセッサ
４１  保持ケース
４２  操作ノブ
４３  スイッチ
４４  シース
４５  ジョー
４６  超音波プローブ
５１  超音波トランスデューサケース
７１  第１の電極板
７２  第２の電極板
７３，７３ａ〜７３ｆ  圧電素子
８１  素子装着部
８２  断面積変化部
８３  プローブ装着部
８４  絶縁板
７１１  負電極板
７１１ａ  開口
７１２  負電極配線部
７１３  リード線接続端子
７２１  正電極板
７２１ａ  開口
７２２  正電極配線部
７２３  リード線接続端子
Ａｒ１  先端側
Ａｒ２  基端側
Ａｘ  中心軸
Ｃ  電気ケーブル
Ｃ１  リード線
Ｐ１  節
Ｐ２，Ｐ３  腹
【図１】
2020044513.tif 000003
【図２】
2020044513.tif 000004
【図３】
2020044513.tif 000005
【図４】
2020044513.tif 000006
【図５】
2020044513.tif 000007
【図６】
2020044513.tif 000008
【図７】
2020044513.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月25日(2021.2.25)
【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】
生体組織を処置する処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体を備え、
前記振動子本体は、
供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結して構成され、
前記複数の圧電素子は、
第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、
膨張及び収縮のタイミングが前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備え、
前記第２の圧電素子は、
隣り合う圧電素子と分極方向が同じ方向になるように配置される超音波振動子。
【請求項２】
前記第２の圧電素子は、
前記第１のタイミングで収縮し、前記第２のタイミングで膨張する請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記振動子本体と接続され、前記振動子本体が発生させた前記超音波振動を増幅するとともに前記処置部に対して伝達するホーンをさらに備える請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記超音波振動子には、
前記超音波振動の節が一つ設けられ、
前記複数の圧電素子は、
前記節と前記超音波振動子の長手方向における前記ホーンから離間した端部との間において、前記節から前記端部に向けて積層されている請求項３に記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記複数の圧電素子は、
６個で構成され、
前記第２の圧電素子は、
１個以上で構成され、
前記第２の圧電素子の少なくとも一つは、
前記節から５番目の位置に配置されている請求項４に記載の超音波振動子。
【請求項６】
前記振動子本体は、
定電流制御によって前記超音波振動を発生させる請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記膨張及び収縮の方向に沿って交互に配置される正電極と負電極とをさらに備え、
前記複数の圧電素子は、
前記正電極と前記負電極との間にそれぞれ配設され、
前記第１の圧電素子は、
その内部における正電荷が前記正電極に対向し、前記内部における負電荷が前記負電極に対向するように配置され、
前記第２の圧電素子は、
その内部における正電荷が前記負電極に対向し、前記内部における負電荷が前記正電極に対向するように配置される請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項８】
生体組織を処置する処置部と、
前記処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体を有する超音波振動子と、を備え、
前記振動子本体は、
供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結して構成され、
前記複数の圧電素子は、
第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、
膨張及び収縮のタイミングが前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備える超音波処置具。
【請求項９】
前記第２の圧電素子は、
前記第１のタイミングで収縮し、前記第２のタイミングで膨張する請求項８に記載の超音波処置具。
【請求項１０】
前記超音波振動子は、
前記振動子本体と接続され、前記振動子本体が発生させた前記超音波振動を増幅するとともに前記処置部に対して伝達するホーンをさらに備える請求項８に記載の超音波処置具。
【請求項１１】
前記超音波振動子には、
前記超音波振動の節が一つ設けられ、
前記複数の圧電素子は、
前記節と前記超音波振動の長手方向における前記ホーンから離間した端部との間において、前記節から前記端部に向けて積層されている請求項１０に記載の超音波処置具。
【請求項１２】
前記複数の圧電素子は、
６個で構成され、
前記第２の圧電素子は、
１個以上で構成され、
前記第２の圧電素子の少なくとも一つは、
前記節から５番目の位置に配置されている請求項１１に記載の超音波処置具。
【請求項１３】
前記振動子本体は、
定電流制御によって前記超音波振動を発生させる請求項８に記載の超音波処置具。
【請求項１４】
供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結され、定電流制御における前記複数の圧電素子の膨張及び収縮によって超音波振動を発生させる超音波振動子の製造方法であって、
前記複数の圧電素子の分極方向が特定の方向に沿う姿勢で配置された通常状態に対して、前記複数の圧電素子毎に、分極方向を反転させた姿勢で配置した状態での前記超音波振動子の振幅を測定し、
前記振幅に基づいて、分極方向を反転させる前記圧電素子を決定する超音波振動子の製造方法。
【請求項１５】
所望の振幅で駆動する前記超音波振動子を製造するために、前記振幅に基づいて、分極方向を反転させる前記圧電素子を決定する請求項１４に記載の超音波振動子の製造方法。
【手続補正２】
【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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子は、生体組織を処置する処置部を振動させるための超音波振動を発生する振動子本体を備え、前記振動子本体は、供給された駆動信号に応じて膨張と収縮とを交互に繰り返す複数の圧電素子を有し、膨張及び収縮の方向に沿って前記複数の圧電素子が積層された状態で一体に締結して構成され、前記複数の圧電素子は、第１のタイミングで膨張し、第２のタイミングで収縮する第１の圧電素子と、膨張及び収縮のタイミングが前記第１の圧電素子とは異なる第２の圧電素子と、を備え、前記第２の圧電素子は、隣り合う圧電素子と分極方向が同じ方向になるように配置される。
【国際調査報告】
2020044513.tif 000010
2020044513.tif 000011
2020044513.tif 000012
2020044513.tif 000013