[发明专利]超声波振子和超声波医疗装置

说明书

技术领域

本发明涉及激励超声波的超声波振子和超声波医疗装置。

背景技术

在利用超声波振动进行活体组织的凝固和切开处置的超声波处置器具中，在手持件内内设有螺栓紧固型朗之万振子作为超声波振动源。在螺栓紧固型朗之万振子中，将电信号转换为机械振动的压电元件被由金属部件构成的前质量块和后质量块夹持，利用螺栓牢固地进行紧固而将它们一体化，从而整体一体地振动。将压电元件被金属部件夹着并且使用包含粘接等在内的某种方法将它们一体化而进行振动的振子称作朗之万振子，将使用螺栓的紧固作为一体化的方法的振子称作螺栓紧固型朗之万振子。作为通常的结构，作为压电元件而使用锆钛酸铅(PZT，Pb(Zr_X，Ti_1？X)O3)，压电元件的形状被加工成环状，在环内部贯穿有螺栓。

PZT具有较高的生产率和较高的电气机械转换效率，作为压电材料具有优异的特性，因此长年被用于超声波振子和致动器等各种领域中。然而，由于锆钛酸铅(PZT)使用铅，因此从对环境的不良影响的观点出发，近年来期望采用不使用铅的非铅压电材料。

在非铅压电材料中，作为具有较高的电气机械转换效率的材料，存在压电单晶的铌酸锂(LiNbO3)。作为价格低廉地实现使用铌酸锂的朗之万振子的结构，存在通过接合而将金属块和压电元件一体化的方法，尤其是在作为接合方法不使用粘接剂而使用以焊锡为代表的钎焊材料进行接合的情况下，能够取得比粘接剂好的振动特性。然而，使用钎焊材料的接合通常需要高温工艺，存在在作为将金属块和压电元件接合的部分的异种材料接合部由于热应力而导致压电元件破裂这样的课题。

在通过接合而实现的朗之万振子中，作为缓和在金属块与压电元件接合的异种材料接合部产生的应力来防止压电材料破裂的方法，在专利文献1中公开了在金属块上设置槽或凹部的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-128875号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1所记载那样的现有的超声波振子中，为了吸收在通过粘接而将接合金属块和压电元件接合时在异种材料接合部产生的热应力和由于粘接剂的硬化收缩而产生的应力，在金属块表面上设置有槽或凹部等构造，因此气泡有可能混入到粘接剂等粘接材料内部从而导致振动传递效率降低。尤其是，在使用焊锡作为接合材料并且采用焊粒作为焊锡的提供方法的情况下，难以将存在凹凸形状的部分无气泡地接合。

并且，由于压电单晶材料是各向异性材料，因此热膨胀系数根据方向而不同，因此在与各向同性材料接合的情况下，无法使热膨胀系数在所有方向上一致。因此，关于接合型朗之万振子，即使选择了具有适当的热膨胀系数的各向同性材料以降低热应力，在易于产生应力集中的角的部分也存在产生热应力的部位，可能导致压电元件的可靠性降低。

本发明的实施方式提供使在矩形的压电元件的四个角产生的热应力接近均等从而减少破裂的超声波振子和超声波医疗装置。

用于解决课题的手段

本发明的某个方式的超声波振子的特征在于，该超声波振子具有：两个金属块；表面为矩形的多个压电元件，它们层叠在所述金属块之间；以及接合材料，其将所述金属块和所述压电元件、以及所述压电元件彼此接合，从所述压电元件的表面的中心朝向四个角的对角线方向上的热膨胀系数相等。

本发明的某个方式的超声波医疗装置的特征在于，该超声波医疗装置具有所述超声波振子和探针前端部，该探针前端部被传递由所述超声波振子产生的超声波振动而对活体组织进行处置。

发明效果

根据本发明的实施方式的超声波振子和超声波医疗装置，能够使在矩形的压电元件的四个角产生的热应力接近均等从而减少破裂。

附图说明

图1示出了本实施方式的超声波振子。

图2示出了本实施方式的压电单晶材料的晶轴和晶片的坐标系。

图3示出了本实施方式的超声波振子的晶片的坐标系。

图4示出了另一实施方式的超声波振子。

图5示出了第一实施方式的压电元件。

图6示出了铌酸锂的晶轴与第一实施方式的压电元件的晶片的坐标系的关系。

图7示出了铌酸锂的与欧拉角对应的热膨胀系数。

图8示出了从36度旋转Y切X传播的铌酸锂切出第一实施方式的压电元件的方法。

图9示出了第二实施方式的压电元件。

图10示出了铌酸锂的与欧拉角对应的热膨胀系数。