JP5749472B2 - 超音波振動子および医療用超音波機器 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波振動子および医療用超音波機器に関する。
従来、例えば、医療用超音波機器に用いられる超音波振動子において、磁歪特性が大きい磁性体材料に交流磁界を印加することによって超音波振動を発生させる磁歪振動子を用いたものが知られている。
磁歪振動子の振動振幅は数μｍから数十μｍにすぎないため、ホーンと呼ばれる構造体を磁歪振動子に接合し、ホーンを介して振動増幅を数百μｍ程度に増幅してから、ホーンの先端等の振動出力部での振動を用いることが多い。
振動出力部やホーンは、磁歪特性を有する材料からならなくてもよいが、大きな繰り返し応力が作用するため、金属疲労を起こしやすい。このため、振動出力部やホーンの材質としては、強度に優れるチタン合金などが使用されている。また、強度に優れるアモルファス合金（非晶質合金）を用いることも知られている。
例えば、特許文献１には、このような超音波振動子を用いた医療用超音波機器として、超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動が伝達されるホーンと、を含み、前記ホーンの先端部にて組織の破砕等を行う超音波手術器において、前記超音波振動子は、ボルト挿通孔が形成された円筒状の磁歪材料から成る磁歪素子と、前記磁歪素子の前記ボルト挿通孔に挿通するボルトと、前記ボルトの両端にそれぞれ係合して、前記磁歪素子を両側から挟む一対の金属ブロックと、前記円筒状磁歪素子に巻回されたコイルと、を含み、前記超音波振動子には前記ボルト軸方向に沿って貫通孔が形成されたことを特徴とする超音波手術器が記載されている。
特許文献１には、磁歪材料として、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃｏフェライトや、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ合金や、鉄系アモルファス合金の例が記載されている。
また、特許文献２には、先端と基端を有している超音波振動子であって、電気エネルギーを超音波振動に変換する受動素子と、前記受動素子に電力を供給する為の電極と、前記受動素子より先端側にあり前記超音波振動を増幅するホーン本体部と、前記受動素子より基端側にあり前記受動素子を裏打ちする裏打部と、そして、前記ホーン本体部と連結された一端部及び前記裏打部と連結された他端部を有しており、前記ホーン本体部と前記裏打部との間に前記受動素子を挟んだ状態で前記ホーン本体部と前記裏打部とを連結するホーン連結部と、を備えており、前記ホーン本体部，前記ホーン連結部，そして前記裏打部の少なくとも１つが金属ガラスにより形成されている、ことを特徴とする超音波振動子が記載されている。
以上に述べたように、従来の超音波振動子は、振動発生部と、振幅増幅部（ホーン）あるいは振動出力部を含む振幅増幅部とが、別々の材質からなる部品として設けられ、これらの部品を組み立てて構成したものが知られている。
磁歪振動子の振動振幅は数μｍから数十μｍにすぎないため、ホーンと呼ばれる構造体を磁歪振動子に接合し、ホーンを介して振動増幅を数百μｍ程度に増幅してから、ホーンの先端等の振動出力部での振動を用いることが多い。
振動出力部やホーンは、磁歪特性を有する材料からならなくてもよいが、大きな繰り返し応力が作用するため、金属疲労を起こしやすい。このため、振動出力部やホーンの材質としては、強度に優れるチタン合金などが使用されている。また、強度に優れるアモルファス合金（非晶質合金）を用いることも知られている。
例えば、特許文献１には、このような超音波振動子を用いた医療用超音波機器として、超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動が伝達されるホーンと、を含み、前記ホーンの先端部にて組織の破砕等を行う超音波手術器において、前記超音波振動子は、ボルト挿通孔が形成された円筒状の磁歪材料から成る磁歪素子と、前記磁歪素子の前記ボルト挿通孔に挿通するボルトと、前記ボルトの両端にそれぞれ係合して、前記磁歪素子を両側から挟む一対の金属ブロックと、前記円筒状磁歪素子に巻回されたコイルと、を含み、前記超音波振動子には前記ボルト軸方向に沿って貫通孔が形成されたことを特徴とする超音波手術器が記載されている。
特許文献１には、磁歪材料として、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｃｏフェライトや、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ合金や、鉄系アモルファス合金の例が記載されている。
また、特許文献２には、先端と基端を有している超音波振動子であって、電気エネルギーを超音波振動に変換する受動素子と、前記受動素子に電力を供給する為の電極と、前記受動素子より先端側にあり前記超音波振動を増幅するホーン本体部と、前記受動素子より基端側にあり前記受動素子を裏打ちする裏打部と、そして、前記ホーン本体部と連結された一端部及び前記裏打部と連結された他端部を有しており、前記ホーン本体部と前記裏打部との間に前記受動素子を挟んだ状態で前記ホーン本体部と前記裏打部とを連結するホーン連結部と、を備えており、前記ホーン本体部，前記ホーン連結部，そして前記裏打部の少なくとも１つが金属ガラスにより形成されている、ことを特徴とする超音波振動子が記載されている。
以上に述べたように、従来の超音波振動子は、振動発生部と、振幅増幅部（ホーン）あるいは振動出力部を含む振幅増幅部とが、別々の材質からなる部品として設けられ、これらの部品を組み立てて構成したものが知られている。
しかしながら、上記のような従来の超音波振動子および医療用超音波機器には以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、磁歪素子からなる振動発生部と、超音波振動を増幅して振動出力部である先端に超音波振動を伝達するホーンとを接合しているため、これらの部材との接合工程が必要となる。また、接合工程での接合不良を起こすと、発生した超音波振動の伝達効率が悪くなり、振動出力部において所望の超音波振動が得られなくなるという問題がある。
また、ホーンと振動出力部とを別部材で構成し、ホーンと振動出力部とを接合する場合も同様の問題がある。
特許文献１、２に記載の技術では、磁歪素子からなる振動発生部と、超音波振動を増幅して振動出力部である先端に超音波振動を伝達するホーンとを接合しているため、これらの部材との接合工程が必要となる。また、接合工程での接合不良を起こすと、発生した超音波振動の伝達効率が悪くなり、振動出力部において所望の超音波振動が得られなくなるという問題がある。
また、ホーンと振動出力部とを別部材で構成し、ホーンと振動出力部とを接合する場合も同様の問題がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、製造工程を簡素化するとともに振動の伝達効率の不良を抑制することができ、生産性を向上することができる超音波振動子および医療用超音波機器を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の超音波振動子は、交流磁界の印加によって超音波振動が発生する振動発生部と、該振動発生部で発生した前記超音波振動を出力する振動出力部と、前記振動発生部と前記振動出力部との間に形成され前記超音波振動の伝達路の大きさを変化させることにより前記超音波振動を増幅する振動増幅部と、を有し、温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有するとともに磁歪特性を有する非晶質合金によって一体成形された振動子本体と、該振動子本体の前記振動発生部に前記交流磁界を印加する交流磁界印加部と、を備える構成とする。
また、本発明では、前記振動増幅部は、テーパ面により前記伝達路の大きさが変化していることが好ましい。
また、本発明では、前記振動子本体および前記交流磁界印加部の少なくともいずれかを覆う絶縁体部が設けられたことが好ましい。
また、本発明では、前記絶縁体部は、生体適合性を有する材料からなることが好ましい。
また、本発明では、前記振動子本体の前記振動出力部は、生体適合性を有する材料からなる絶縁体部で覆われたことが好ましい。
本発明の医療用超音波機器は、本発明の超音波振動子を備える構成とする。
本発明の超音波振動子および医療用超音波機器によれば、振動子本体を温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有するとともに磁歪特性を有する非晶質合金によって一体成形するため、製造工程を簡素化するとともに振動の伝達効率の不良を抑制することができ、生産性を向上することができるという効果を奏する。
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る超音波振動子について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の超音波振動子の概略構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本発明の第１の実施形態に係る超音波振動子について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の超音波振動子の概略構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本実施形態の超音波振動子１の概略構成は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、円断面を有する棒状の振動子本体２と、振動子本体２の一方の端部（以下、基端部と称する場合がある）に振動子本体２の軸方向に沿って交流磁界を印加するコイル３（交流磁界印加部）とを備える。
振動子本体２の形状は、一方の端部から他方の端部（以下、先端部と称する場合がある）に向かって、中実円柱状の振動発生部２Ａと、振動発生部２Ａの外径が漸次縮径する円錐台状の振動増幅部２Ｂと、振動増幅部２Ｂの先端部側の円径と同径の円断面を有する中実円柱状の振動出力部２Ｃとが、それぞれ同軸となるように順次隣接されている。
すなわち、振動子本体２は、基端側の円状の基端面２ａが形成され、先端側に基端面２ａに比べて小径の円状の先端面２ｅが形成された棒状部材である。振動子本体２の側面は、振動発生部２Ａ、振動増幅部２Ｂ、振動出力部２Ｃの各部位に対応して、相対的に大径の円筒面からなる基端部側面２ｂ、先端側に向かって縮径する円錐面からなるテーパ面２ｃ、相対的に小径の円筒面からなる先端部側面２ｄから構成されている。
このような形状の振動子本体２は、温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有するとともに磁歪特性を有する非晶質合金によって一体成形されている。このため、振動子本体２は、同材質の連続体からなる。このため、振動発生部２Ａ、振動増幅部２Ｂ、振動出力部２Ｃの境界には界面は存在しない。
すなわち、振動子本体２は、基端側の円状の基端面２ａが形成され、先端側に基端面２ａに比べて小径の円状の先端面２ｅが形成された棒状部材である。振動子本体２の側面は、振動発生部２Ａ、振動増幅部２Ｂ、振動出力部２Ｃの各部位に対応して、相対的に大径の円筒面からなる基端部側面２ｂ、先端側に向かって縮径する円錐面からなるテーパ面２ｃ、相対的に小径の円筒面からなる先端部側面２ｄから構成されている。
このような形状の振動子本体２は、温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有するとともに磁歪特性を有する非晶質合金によって一体成形されている。このため、振動子本体２は、同材質の連続体からなる。このため、振動発生部２Ａ、振動増幅部２Ｂ、振動出力部２Ｃの境界には界面は存在しない。
温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有する非晶質合金は、金属ガラスとも呼ばれており、複数の金属元素からなる金属原料の溶湯を、臨界冷却速度以上でガラス遷移温度以下になるまで急速冷却することにより形成される。
このような金属ガラスの成形は、製品形状に応じたキャビティを有する金型を熱伝導性の良好な金型材料、例えば、ＳＫＤ１１、超硬合金（ＷＣ）、無酸素銅、ベリリウム銅、アルミ合金（Ａ７０７５）、亜鉛合金（ＺＡＳ）、炭素鋼、ＳＵＳ４１０などによって形成し、金属原料の溶湯をキャビティ導入して、金型に放熱させることで、成形することが可能である。具体的な成形方法としては、射出成形法、遠心鋳造法、ガラス遷移領域まで冷却した溶湯を熱間鍛造する方法などを採用することができる。
金属ガラスは、結晶化を起こさずに固化成形が可能であって、成形性（キャビティ形状転写性）に優れるため、振動子本体２が複雑な形状であっても種々の形状を一体に設けることが可能となる。
このような金属ガラスの成形は、製品形状に応じたキャビティを有する金型を熱伝導性の良好な金型材料、例えば、ＳＫＤ１１、超硬合金（ＷＣ）、無酸素銅、ベリリウム銅、アルミ合金（Ａ７０７５）、亜鉛合金（ＺＡＳ）、炭素鋼、ＳＵＳ４１０などによって形成し、金属原料の溶湯をキャビティ導入して、金型に放熱させることで、成形することが可能である。具体的な成形方法としては、射出成形法、遠心鋳造法、ガラス遷移領域まで冷却した溶湯を熱間鍛造する方法などを採用することができる。
金属ガラスは、結晶化を起こさずに固化成形が可能であって、成形性（キャビティ形状転写性）に優れるため、振動子本体２が複雑な形状であっても種々の形状を一体に設けることが可能となる。
金属ガラスの種類としては、ジルコニウム（Ｚｒ）基合金、鉄（Ｆｅ）基合金、チタン（Ｔｉ）基合金、マグネシウム（Ｍｇ）基合金などが挙げられる。本実施形態に用いる材料は、これらのうち必要に応じた磁歪特性を有する適宜の材料を採用する。例えば、強磁性体であれば磁歪特性を有するため、採用することが可能である。
ただし、材料の磁歪特性が大きいほど、印加する交流磁界の大きさを低減できるため好ましい。磁歪特性は、磁気飽和状態における材料の磁化方向の歪みで定義される飽和磁歪λｓの大きさ｜λｓ｜によって評価することができる。振動子本体２の材料の磁歪特性は、｜λｓ｜≧５×１０−６であることが好ましく、｜λｓ｜≧４０×１０−６であることがより好ましい。
例えば、｜λｓ｜≧４０×１０−６の金属ガラスの例としては、特許第３７５６３３６号公報に、以下の組成比（添字は原子％を表す）のものが例示されている。すなわち、Ｆｅ６７Ｃｏ８Ｗ２Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４８．０×１０−６）、Ｆｅ６７Ｃｏ８Ｎｂ２Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４７．０×１０−６）、Ｆｅ６７Ｃｏ８Ｍｏ２Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４３．０×１０−６）、Ｆｅ６７Ｃｏ１０Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４０．０×１０−６）、Ｆｅ６０Ｃｏ１７Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４７．０×１０−６）、Ｆｅ６０Ｃｏ１７Ｔｂ３Ｂ２０（λｓ＝５１．０×１０−６）、Ｆｅ６８．５Ｃｏ１０Ｓｍ１．５Ｂ２０（λｓ＝５８．０×１０−６）、Ｆｅ６８．５Ｃｏ１０Ｔｂ１．５Ｂ２０（λｓ＝５６．０×１０−６）、Ｆｅ６８．５Ｃｏ１０Ｄｙ１．５Ｂ２０（λｓ＝５０．０×１０−６）、Ｆｅ４８．５Ｃｏ３０Ｓｍ１．５Ｂ２０（λｓ＝４４．０×１０−６）などの金属ガラスが挙げられている。これらは、いずれも振動子本体２の材質として好適である。
また、これらの金属ガラスは、非晶質合金であるため引張強さが２６００ＭＰａ以上であることも記載されている。またこれらに限らず、金属ガラスの引張強さは、１７００ＭＰａ以上のものは容易に得られる。
このような引張強さは、高強度合金として知られるチタン合金、例えば、６４チタン合金の引張強さ９８０ＭＰａと比較しても格段に高強度である。
このため、これらの金属ガラスはいずれも本実施形態の振動子本体２の材料として好適である。
ただし、材料の磁歪特性が大きいほど、印加する交流磁界の大きさを低減できるため好ましい。磁歪特性は、磁気飽和状態における材料の磁化方向の歪みで定義される飽和磁歪λｓの大きさ｜λｓ｜によって評価することができる。振動子本体２の材料の磁歪特性は、｜λｓ｜≧５×１０−６であることが好ましく、｜λｓ｜≧４０×１０−６であることがより好ましい。
例えば、｜λｓ｜≧４０×１０−６の金属ガラスの例としては、特許第３７５６３３６号公報に、以下の組成比（添字は原子％を表す）のものが例示されている。すなわち、Ｆｅ６７Ｃｏ８Ｗ２Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４８．０×１０−６）、Ｆｅ６７Ｃｏ８Ｎｂ２Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４７．０×１０−６）、Ｆｅ６７Ｃｏ８Ｍｏ２Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４３．０×１０−６）、Ｆｅ６７Ｃｏ１０Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４０．０×１０−６）、Ｆｅ６０Ｃｏ１７Ｓｍ３Ｂ２０（λｓ＝４７．０×１０−６）、Ｆｅ６０Ｃｏ１７Ｔｂ３Ｂ２０（λｓ＝５１．０×１０−６）、Ｆｅ６８．５Ｃｏ１０Ｓｍ１．５Ｂ２０（λｓ＝５８．０×１０−６）、Ｆｅ６８．５Ｃｏ１０Ｔｂ１．５Ｂ２０（λｓ＝５６．０×１０−６）、Ｆｅ６８．５Ｃｏ１０Ｄｙ１．５Ｂ２０（λｓ＝５０．０×１０−６）、Ｆｅ４８．５Ｃｏ３０Ｓｍ１．５Ｂ２０（λｓ＝４４．０×１０−６）などの金属ガラスが挙げられている。これらは、いずれも振動子本体２の材質として好適である。
また、これらの金属ガラスは、非晶質合金であるため引張強さが２６００ＭＰａ以上であることも記載されている。またこれらに限らず、金属ガラスの引張強さは、１７００ＭＰａ以上のものは容易に得られる。
このような引張強さは、高強度合金として知られるチタン合金、例えば、６４チタン合金の引張強さ９８０ＭＰａと比較しても格段に高強度である。
このため、これらの金属ガラスはいずれも本実施形態の振動子本体２の材料として好適である。
振動発生部２Ａは、基端部側面２ｂの外周側にコイル３が配置され、コイル３によって磁界の向きが超音波領域の周波数で交替する交流磁界を印加することで、交流磁界の周波数に応じた超音波振動を発生させる部位である。
振動増幅部２Ｂは、振動発生部２Ａの基端面２ａと反対側の端部に一体成形されており、外径が先端側に向かって縮径されているため、振動発生部２Ａにおいて発生した超音波振動の伝達路が軸方向の先端側に向かって縮小する形状を有している。このため、振動増幅部２Ｂは、振動発生部２Ａと振動出力部２Ｃとの間に、超音波振動の伝達路の大きさを変化させることにより超音波振動を増幅する構造を形成している。
振動出力部２Ｃは、振動発生部２Ａで発生し、振動増幅部２Ｂで増幅された超音波振動を外部に伝達する部位であり、用途に応じて適宜の形状を採用することができる。
本実施形態では、振動出力を、基端面２ａおよび先端部側面２ｄの少なくともいずれかを介して、被加振体に伝達することができる。
振動出力が大きくなるのは、振動の腹の部分であるため、振動出力部２Ｃの形状は、振動伝達に用いる部位が振動の腹となるように設定する。例えば、主として先端面２ｅを振動出力に用いるには、先端面２ｅが振動の腹となるように、振動出力部２Ｃの長さを設定する。また、主として先端部側面２ｄを振動出力に用いるには、被加振体と当接する部分に十分な個数の振動の腹が形成されるように、先端部側面２ｄの長さを設定する。
本実施形態では、振動出力を、基端面２ａおよび先端部側面２ｄの少なくともいずれかを介して、被加振体に伝達することができる。
振動出力が大きくなるのは、振動の腹の部分であるため、振動出力部２Ｃの形状は、振動伝達に用いる部位が振動の腹となるように設定する。例えば、主として先端面２ｅを振動出力に用いるには、先端面２ｅが振動の腹となるように、振動出力部２Ｃの長さを設定する。また、主として先端部側面２ｄを振動出力に用いるには、被加振体と当接する部分に十分な個数の振動の腹が形成されるように、先端部側面２ｄの長さを設定する。
コイル３は、本実施形態では、基端部側面２ｂにおける軸方向の中間部において、基端部側面２ｂに絶縁された状態で巻き回された円筒コイルからなり、不図示の交流電源に接続可能に設けられている。
コイル３に印加する交流磁界の周波数は、超音波の周波数領域であれば、超音波振動子１の用途に応じて適宜設定することができる。
なお、図１（ｂ）では、コイル３が基端部側面２ｂに密着するように描かれているが、コイル３は、振動発生部２Ａの内部に交流磁界を印加できればよい。このため、振動増幅部２Ｂに対して相対位置が固定されていれば、基端部側面２ｂから離間して配置することも可能である。
また、図１（ｂ）は模式図のため、コイル３の巻き数が約３．５巻きの場合の例が描かれているが、コイル３の巻き数や、軸方向の配置位置は、印加すべき磁界の大きさや磁界の印加範囲等を考慮して適宜設定することができる。
コイル３に印加する交流磁界の周波数は、超音波の周波数領域であれば、超音波振動子１の用途に応じて適宜設定することができる。
なお、図１（ｂ）では、コイル３が基端部側面２ｂに密着するように描かれているが、コイル３は、振動発生部２Ａの内部に交流磁界を印加できればよい。このため、振動増幅部２Ｂに対して相対位置が固定されていれば、基端部側面２ｂから離間して配置することも可能である。
また、図１（ｂ）は模式図のため、コイル３の巻き数が約３．５巻きの場合の例が描かれているが、コイル３の巻き数や、軸方向の配置位置は、印加すべき磁界の大きさや磁界の印加範囲等を考慮して適宜設定することができる。
次に、超音波振動子１の動作について説明する。
不図示の交流電源によって、適宜周波数設定された交流電流をコイル３に流すと、コイル３によって交流磁界が発生し、コイル３の内側に、コイル３の中心軸方向に沿って、軸方向に磁界ベクトルが振動する交流磁界が発生する（図１の矢印参照）。
振動発生部２Ａは、交流磁界によって磁化され、各磁区には交流磁界の磁界ベクトルに応じて磁気歪みが発生する。振動発生部２Ａには軸方向に沿う磁界ベクトルが発生するため、磁気歪みは交流磁界の周波数に同期し軸方向に沿って進む超音波振動を形成する。
このため、振動発生部２Ａに発生した超音波振動は、軸方向に沿って振動増幅部２Ｂに伝播する。このとき、振動発生部２Ａと振動増幅部２Ｂとの間には、界面や隙間がないため、超音波振動が効率的に伝播する。
不図示の交流電源によって、適宜周波数設定された交流電流をコイル３に流すと、コイル３によって交流磁界が発生し、コイル３の内側に、コイル３の中心軸方向に沿って、軸方向に磁界ベクトルが振動する交流磁界が発生する（図１の矢印参照）。
振動発生部２Ａは、交流磁界によって磁化され、各磁区には交流磁界の磁界ベクトルに応じて磁気歪みが発生する。振動発生部２Ａには軸方向に沿う磁界ベクトルが発生するため、磁気歪みは交流磁界の周波数に同期し軸方向に沿って進む超音波振動を形成する。
このため、振動発生部２Ａに発生した超音波振動は、軸方向に沿って振動増幅部２Ｂに伝播する。このとき、振動発生部２Ａと振動増幅部２Ｂとの間には、界面や隙間がないため、超音波振動が効率的に伝播する。
振動増幅部２Ｂに伝播した超音波振動は、振動増幅部２Ｂが先端側に向かって縮径しているため、先端側に向かって振幅が増幅されつつ伝播する。
この超音波振動は、振動増幅部２Ｂの先端に達すると、振動出力部２Ｃに伝播する。このとき、振動増幅部２Ｂと振動出力部２Ｃとの間には、界面や隙間がないため、超音波振動が効率的に伝播する。
この超音波振動は、振動増幅部２Ｂの先端に達すると、振動出力部２Ｃに伝播する。このとき、振動増幅部２Ｂと振動出力部２Ｃとの間には、界面や隙間がないため、超音波振動が効率的に伝播する。
振動出力部２Ｃに伝播した超音波振動は、先端面２ｅで内部反射されて振動出力部２Ｃ内を往復し、振動出力部２Ｃに定在波を形成する。
この結果、振動出力部２Ｃを被加振体に接触させれば、接触部から超音波振動が被加振体に伝播する。
例えば、超音波振動子１を医療用超音波機器である超音波処置具として用いる場合、先端面２ｅや先端部側面２ｄを被加振体である患部等に当接して、患部の組織や結石等を破砕したり、切断したりすることができる。
また、超音波振動子１を医療用超音波機器である超音波プローブとして用いる場合、振動出力部２Ｃの先端面２ｅを被加振体である被検体に接触させて超音波振動を被検体内に伝播させる振動源として用いることができる。
この結果、振動出力部２Ｃを被加振体に接触させれば、接触部から超音波振動が被加振体に伝播する。
例えば、超音波振動子１を医療用超音波機器である超音波処置具として用いる場合、先端面２ｅや先端部側面２ｄを被加振体である患部等に当接して、患部の組織や結石等を破砕したり、切断したりすることができる。
また、超音波振動子１を医療用超音波機器である超音波プローブとして用いる場合、振動出力部２Ｃの先端面２ｅを被加振体である被検体に接触させて超音波振動を被検体内に伝播させる振動源として用いることができる。
超音波振動子１によれば、振動子本体２を金属ガラスによって一体成形するため、振動発生部、振動増幅部、振動出力部等を、別部材で構成して組み立てる従来の超音波振動子に比べて製造工程を簡素化することができる。
また、このように一体性形成された振動子本体２は、振動の伝播路に界面や隙間を有しないため、振動を効率よく伝達することができる。このため、エネルギー損失が少なく、良好な加振を行うことができる。
したがって、製造工程における振動効率や振動波形の不良を抑制することができ、生産性を向上することができる。
また、振動子本体２は金属ガラスによって一体成形されるため、振動発生部、振動増幅部、振動出力部等を、別部材で構成して組み立てる場合に比べて部品点数が減少し、組み立てのための接合部品、接合部材も不要となる。このため、低コスト化、小型化を図ることができる。また、金属ガラスは、結晶性合金に比べて引張強さが格段に高いため、振動出力部２Ｃや振動増幅部２Ｂの耐久性を向上することができる。
また、このように一体性形成された振動子本体２は、振動の伝播路に界面や隙間を有しないため、振動を効率よく伝達することができる。このため、エネルギー損失が少なく、良好な加振を行うことができる。
したがって、製造工程における振動効率や振動波形の不良を抑制することができ、生産性を向上することができる。
また、振動子本体２は金属ガラスによって一体成形されるため、振動発生部、振動増幅部、振動出力部等を、別部材で構成して組み立てる場合に比べて部品点数が減少し、組み立てのための接合部品、接合部材も不要となる。このため、低コスト化、小型化を図ることができる。また、金属ガラスは、結晶性合金に比べて引張強さが格段に高いため、振動出力部２Ｃや振動増幅部２Ｂの耐久性を向上することができる。
このような超音波振動子１は、種々の超音波加振装置として用いることができるが、小型化しやすく、高耐久性を有するため、生体内で用いる医療用超音波機器として特に好適に用いることができる。
また、振動子本体２が一体化されているため、超音波振動子１内での超音波振動によって、部材間の接合部で摩耗したり、摩耗粉が飛散したりすることを抑制できる。この点でも、生体内で用いる医療用超音波機器として特に好適に用いることができる。
また、振動子本体２が一体化されているため、超音波振動子１内での超音波振動によって、部材間の接合部で摩耗したり、摩耗粉が飛散したりすることを抑制できる。この点でも、生体内で用いる医療用超音波機器として特に好適に用いることができる。
［第１変形例］
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の超音波振動子の主要部の構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の超音波振動子の主要部の構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本変形例の超音波振動子１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の振動子本体２に代えて、振動子本体１２を備える。振動子本体１２は、上記第１の実施形態の振動子本体２における振動出力部２Ｃを断面形状が異なる振動出力部１２Ｃに代えたものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
振動出力部１２Ｃの断面形状は、先端側から振動増幅部２Ｂの近傍までは、長径が振動出力部２Ｃの先端部側面２ｄの外径と等しい楕円からなる。このため、振動出力部１２Ｃの先端には、振動出力部２Ｃの基端面２ａに代えて楕円状の先端面１２ｅが形成され、振動出力部２Ｃの先端部側面２ｄに代えて楕円柱状の先端部側面１２ｄが形成されている。
また、振動出力部１２Ｃの振動増幅部２Ｂの近傍の部分は、先端側から基端側に向かって先端部側面１２ｄの楕円断面から振動増幅部２Ｂの先端の円断面に円滑に接続される可変断面からなる基端側接続部１２ｆが形成されている。
また、振動出力部１２Ｃの振動増幅部２Ｂの近傍の部分は、先端側から基端側に向かって先端部側面１２ｄの楕円断面から振動増幅部２Ｂの先端の円断面に円滑に接続される可変断面からなる基端側接続部１２ｆが形成されている。
このような超音波振動子１１は、振動子本体１２を、その外形状に対応するキャビティを有する金型を用いて、超音波振動子１と同様の金属ガラスにより一体成形して製造した後、コイル３を組み立てることによって製造することができる。
超音波振動子１１によれば、振動出力部１２Ｃの形状が楕円断面を有する偏平な棒状であるため、先端部側面１２ｄに曲率半径の小さい刃状部と曲率半径の大きな平坦部とが形成されている。そこで、加振の用途に応じて、先端部側面１２ｄの曲率半径が異なる部位を被加振体に当接させるといった使い分けが可能となる。
例えば、超音波振動子１１を医療用超音波処置具として用いた場合に、患部等を切断する場合には刃状部を当接させて振動出力を行い、患部等を破砕する場合には平坦部を当接させて振動出力を行うことができる。
例えば、超音波振動子１１を医療用超音波処置具として用いた場合に、患部等を切断する場合には刃状部を当接させて振動出力を行い、患部等を破砕する場合には平坦部を当接させて振動出力を行うことができる。
［第２変形例］
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の超音波振動子の主要部の構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の超音波振動子の主要部の構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本変形例の超音波振動子２１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の振動子本体２に代えて、振動子本体２２を備える。振動子本体２２は、上記第１の実施形態の振動子本体２における振動出力部２Ｃの先端に板状部２２ｆを追加した形状を有する振動出力部２２Ｃに代えたものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
振動出力部２２Ｃの板状部２２ｆは、先端部側面２ｄの外径より大きく基端部側面２ｂの外径より小さい外径を有する円板状の部位であり、先端部側面２ｄと同軸形成されている。このため、振動出力部２２Ｃは、上記第１の実施形態の振動出力部２Ｃの基端面２ａに代えて、板状部２２ｆの外径と同じ円径を有する円状の先端面２２ｅを備える。
このような超音波振動子２１は、振動子本体２２を、その外形状に対応するキャビティを有する金型を用いて、超音波振動子１と同様の金属ガラスにより一体成形して製造した後、コイル３を組み立てることによって製造することができる。
超音波振動子２１によれば、振動出力部１２Ｃの先端部に、先端部側面２ｄよりも大きな外径を有する先端面２２ｅが形成されているため、先端面２２ｅを介して、先端部側面２ｄの外径に比べて広い範囲の被加振体に振動出力を行うことができる。
このため、例えば、超音波振動子２１を医療用超音波処置具として用いた場合に、先端部側面２ｄの外径に比べて大きな患部等を、効率的に破砕することができる。
このため、例えば、超音波振動子２１を医療用超音波処置具として用いた場合に、先端部側面２ｄの外径に比べて大きな患部等を、効率的に破砕することができる。
［第３変形例］
次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の第３変形例の超音波振動子の主要部の構成を示す模式的な正面図である。
次に、本実施形態の第３変形例について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の第３変形例の超音波振動子の主要部の構成を示す模式的な正面図である。
本変形例の超音波振動子３１は、図４に示すように、上記第１の実施形態の振動子本体２に代えて、振動子本体３２を備える。振動子本体３２は、上記第１の実施形態の振動子本体２における振動出力部２ＣをＶ字状に屈曲させた形状を有する振動出力部３２Ｃに代えたものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
振動出力部３２Ｃは、振動増幅部２Ｂの先端から上記第１の実施形態の振動出力部２Ｃと同様な外径を有する円柱状の基端側軸部３２ａ、屈曲軸部３２ｂがこの順に延ばされている。
基端側軸部３２ａは、振動増幅部２Ｂおよび振動発生部２Ａと同軸に延ばされた部位である。
屈曲軸部３２ｂは、基端側軸部３２ａの先端側から、基端側軸部３２ａの延在方向に鋭角で傾斜しつつ先端側に延ばされた棒状の部位である。
このため、基端側軸部３２ａ、屈曲軸部３２ｂの外周部は、屈曲された円筒面からなる先端部側面３２ｄが形成されている。
また、屈曲軸部３２ｂの先端には、屈曲軸部３２ｂの延在方向に直交する円状の平面からなる先端面３２ｅが形成されている。
基端側軸部３２ａは、振動増幅部２Ｂおよび振動発生部２Ａと同軸に延ばされた部位である。
屈曲軸部３２ｂは、基端側軸部３２ａの先端側から、基端側軸部３２ａの延在方向に鋭角で傾斜しつつ先端側に延ばされた棒状の部位である。
このため、基端側軸部３２ａ、屈曲軸部３２ｂの外周部は、屈曲された円筒面からなる先端部側面３２ｄが形成されている。
また、屈曲軸部３２ｂの先端には、屈曲軸部３２ｂの延在方向に直交する円状の平面からなる先端面３２ｅが形成されている。
このような超音波振動子３１は、振動子本体３２を、その外形状に対応するキャビティを有する金型を用いて、超音波振動子１と同様の金属ガラスにより一体成形して製造した後、コイル３を組み立てることによって製造することができる。
超音波振動子３１によれば、基端側軸部３２ａの先端から斜め方向に屈曲軸部３２ｂが延ばされている。このため、屈曲軸部３２ｂの先端部側面３２ｄを振動出力に用いる際に、屈曲軸部３２ｂの延在方向と、振動発生部２Ａおよび振動増幅部２Ｂの中心軸方向とが異なるため、被加振体の形状によっては、屈曲軸部３２ｂの先端部側面３２ｄを被加振体に当接させやすくなり、操作性が向上する。
なお、図４は、基端側軸部３２ａと屈曲軸部３２ｂとがＶ字状に屈曲している場合の例を描いているが、基端側軸部３２ａと屈曲軸部３２ｂとの間は円弧状に湾曲された形状としてもよい。
［第４変形例］
本実施形態の第４変形例の超音波振動子について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第４変形例の超音波振動子の概略構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本実施形態の第４変形例の超音波振動子について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の第４変形例の超音波振動子の概略構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本変形例の超音波振動子４１は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の振動子本体２に代えて、振動子本体４２を備える。振動子本体４２は、上記第１の実施形態の振動子本体２の振動出力部２Ｃを削除し、振動増幅部２Ｂの先端部に被加振体と当接して振動出力を行う振動出力部として円状の平面からなる振動出力面４２ｅを形成したものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
このような超音波振動子４１は、振動子本体４２を、その外形状に対応するキャビティを有する金型を用いて、超音波振動子１と同様の金属ガラスにより一体成形して製造した後、コイル３を組み立てることによって製造することができる。
超音波振動子４１によれば、コイル３に交流磁界を印加することにより、振動増幅部２Ｂで増幅された超音波振動を振動出力面４２ｅから被加振体に伝達することができる。
このため、先端部側面２ｄ等によって線状または帯状の振動出力領域を必要としない場合に、超音波振動子１よりも小型の装置構成であっても、超音波振動子１の基端面２ａを用いたのと同様な振動出力を行うことができる。
このため、先端部側面２ｄ等によって線状または帯状の振動出力領域を必要としない場合に、超音波振動子１よりも小型の装置構成であっても、超音波振動子１の基端面２ａを用いたのと同様な振動出力を行うことができる。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る超音波振動子について説明する。
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態の超音波振動子の概略構成を示す模式的な左側面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
本発明の第２の実施形態に係る超音波振動子について説明する。
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態の超音波振動子の概略構成を示す模式的な左側面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
本実施形態の超音波振動子５１は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の振動子本体２に代えて、振動子本体５２を備える。振動子本体５２は、上記第１の実施形態の振動子本体２と同様な外形を有し、内部にこれらの外形と同軸に設けられた中空管路５２ｆが貫通されている筒状部材であり、超音波振動子１の振動発生部２Ａ、振動増幅部２Ｂ、および振動出力部２Ｃに対応して、振動発生部５２Ａ、振動増幅部５２Ｂ、および振動出力部５２Ｃを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
中空管路５２ｆの断面形状は、特に限定されず、断面の大きさも変化していてもよいが、本実施形態では、先端部側面２ｄの外径よりも小径の一定径を有する円断面が振動子本体５２の中心軸に沿って真直に延ばされた円孔で構成している。
このため、振動子本体５２の先端および基端には、中空管路５２ｆの開口を囲む円環状の先端面５２ｅおよび基端面５２ａが形成されている。
このため、振動子本体５２の先端および基端には、中空管路５２ｆの開口を囲む円環状の先端面５２ｅおよび基端面５２ａが形成されている。
このような超音波振動子５１は、振動子本体５２を、その外形状および内形状に対応するキャビティを有する金型を用いて、超音波振動子１と同様の金属ガラスにより一体成形して製造した後、コイル３を組み立てることによって製造することができる。
中空管路５２ｆの形状は、例えば、金型に円柱状の中子を設けることで形成することができる。
中空管路５２ｆの形状は、例えば、金型に円柱状の中子を設けることで形成することができる。
超音波振動子５１によれば、コイル３に交流磁界を印加することにより、振動発生部５２Ａで発生し、振動増幅部５２Ｂで増幅された超音波振動を、振動出力部５２Ｃの先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄの少なくともいずれかから振動出力し、これらに当接された被加振体に超音波振動を伝達することができる。
ただし、振動子本体５２は中空管路５２ｆを有するため、振動子本体２に比べて超音波振動を伝播する媒質量が減っているため、振動出力部５２Ｃの振動出力は変化する。超音波振動子１と同様の振動出力を得る必要がある場合には、中空管路５２ｆの大きさに基づいて交流磁界の振幅を適宜調整すればよい。
ただし、振動子本体５２は中空管路５２ｆを有するため、振動子本体２に比べて超音波振動を伝播する媒質量が減っているため、振動出力部５２Ｃの振動出力は変化する。超音波振動子１と同様の振動出力を得る必要がある場合には、中空管路５２ｆの大きさに基づいて交流磁界の振幅を適宜調整すればよい。
また、超音波振動子５１は、中空管路５２ｆを有するため、超音波振動の振動出力中に、中空管路５２ｆを通して流体や固形物を含む流動体を流通させることが可能となる。
例えば、超音波振動子５１を医療用処置具として用いる場合、中空管路５２ｆを吸引孔として用いることができる。すなわち、基端面５２ａ側の中空管路５２ｆに不図示の吸引器に接続されたチューブを接続することによって、振動出力部５２Ｃの先端で振動出力を行った結果、破砕されたり、切断されたりした患部の組織等や体液等を、中空管路５２ｆを通して基端側に吸い出し、患部の近傍から除去することができる。
また、例えば、超音波振動子５１を超音波加工機として用いる場合、中空管路５２ｆを例えば洗浄剤等の流体の流体注入孔として用いることができる。すなわち、基端面５２ａ側の中空管路５２ｆに不図示の注入器に接続されたチューブを接続することによって、適宜、先端面５２ｅにおける中空管路５２ｆの開口から、洗浄剤等を注入し、超音波振動に形成された加工粉等を加工面から洗い流すことができる。
例えば、超音波振動子５１を医療用処置具として用いる場合、中空管路５２ｆを吸引孔として用いることができる。すなわち、基端面５２ａ側の中空管路５２ｆに不図示の吸引器に接続されたチューブを接続することによって、振動出力部５２Ｃの先端で振動出力を行った結果、破砕されたり、切断されたりした患部の組織等や体液等を、中空管路５２ｆを通して基端側に吸い出し、患部の近傍から除去することができる。
また、例えば、超音波振動子５１を超音波加工機として用いる場合、中空管路５２ｆを例えば洗浄剤等の流体の流体注入孔として用いることができる。すなわち、基端面５２ａ側の中空管路５２ｆに不図示の注入器に接続されたチューブを接続することによって、適宜、先端面５２ｅにおける中空管路５２ｆの開口から、洗浄剤等を注入し、超音波振動に形成された加工粉等を加工面から洗い流すことができる。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る超音波振動子および医療用超音波機器について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態の医療用超音波機器の概略構成を示す模式的な断面図である。
本発明の第３の実施形態に係る超音波振動子および医療用超音波機器について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態の医療用超音波機器の概略構成を示す模式的な断面図である。
本実施形態の医療用超音波機器６０は、図７に示すように、本実施形態の超音波振動子６１と、超音波振動子６１の動作を制御するコントローラ６６とを備える
超音波振動子６１は、上記第２の実施形態の超音波振動子５１と同様の振動子本体５２およびコイル３を備える構成に、さらにカバー６４を追加したものである。
本実施形態では、振動子本体５２の中空管路５２ｆには、基端面５２ａ側からチューブ６７が挿入されている。
チューブ６７は、医療用超音波機器６０の一部を構成する不図示の吸引器に接続され、中空管路５２ｆの内部の流体等を超音波振動子６１の外部に吸引できるようになっている。
以下、上記第１および第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
超音波振動子６１は、上記第２の実施形態の超音波振動子５１と同様の振動子本体５２およびコイル３を備える構成に、さらにカバー６４を追加したものである。
本実施形態では、振動子本体５２の中空管路５２ｆには、基端面５２ａ側からチューブ６７が挿入されている。
チューブ６７は、医療用超音波機器６０の一部を構成する不図示の吸引器に接続され、中空管路５２ｆの内部の流体等を超音波振動子６１の外部に吸引できるようになっている。
以下、上記第１および第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
カバー６４は、振動発生部５２Ａ、振動増幅部５２Ｂの全体と、振動出力部５２Ｃの基端側の一部を覆って、振動子本体５２やコイル３に触れることなく把持したり保持したりするための筒状部材である。
カバー６４の形状は、本実施形態では、コイル３の外径よりも内径が大きい円筒状のカバー側部６４ｂを有し、カバー側部６４ｂの一方の端部にカバー底部６４ａが形成され、他方の端部にカバー側部６４ｂから縮径するテーパ状のテーパ部６４ｃが設けられ、テーパ部６４ｃの先端部に振動出力部５２Ｃよりもわずかに内径が大きい先端開口部６４ｄが設けられた有底筒状とされている。
また、カバー底部６４ａの中心には、中空管路５２ｆの内径以上の内径を有し、チューブ６７を貫通させる貫通孔６４ｆが形成されている。
また、図７は模式図のため特に図示していないが、カバー６４のカバー側部６４ｂまたはカバー底部６４ａには、内部に収容されたコイル３の端部とコントローラ６６との電気的な接続をとるための配線構造が適宜設けられている。
このような配線構造の例としては、例えば、コイル３の端部を外部に引き出すための配線引きだし孔や、コイル３の端部と電気的に接続されたコネクタなどを挙げることができる。
カバー６４の材質は、特に限定されないが、本実施形態では、例えば電気絶縁性を有するポリカーボネートを採用している。このため、本実施形態のカバー６４は、振動子本体５２および交流磁界印加部を覆う絶縁体部を構成している。
カバー６４の形状は、本実施形態では、コイル３の外径よりも内径が大きい円筒状のカバー側部６４ｂを有し、カバー側部６４ｂの一方の端部にカバー底部６４ａが形成され、他方の端部にカバー側部６４ｂから縮径するテーパ状のテーパ部６４ｃが設けられ、テーパ部６４ｃの先端部に振動出力部５２Ｃよりもわずかに内径が大きい先端開口部６４ｄが設けられた有底筒状とされている。
また、カバー底部６４ａの中心には、中空管路５２ｆの内径以上の内径を有し、チューブ６７を貫通させる貫通孔６４ｆが形成されている。
また、図７は模式図のため特に図示していないが、カバー６４のカバー側部６４ｂまたはカバー底部６４ａには、内部に収容されたコイル３の端部とコントローラ６６との電気的な接続をとるための配線構造が適宜設けられている。
このような配線構造の例としては、例えば、コイル３の端部を外部に引き出すための配線引きだし孔や、コイル３の端部と電気的に接続されたコネクタなどを挙げることができる。
カバー６４の材質は、特に限定されないが、本実施形態では、例えば電気絶縁性を有するポリカーボネートを採用している。このため、本実施形態のカバー６４は、振動子本体５２および交流磁界印加部を覆う絶縁体部を構成している。
このような構成のカバー６４は、振動出力部５２Ｃの先端側の一部が先端開口部６４ｄから外部に延出されるとともに振動増幅部５２Ｂおよび振動発生部５２Ａを内部に収容した状態で、基端面５２ａとカバー底部６４ａとを接合部６５によって接合することによって組み立てられている。
接合部６５としては、接着や螺合等の適宜の接合手段を採用することができるが、本実施形態では、電気絶縁性を有する接着剤によって接着している。このため、振動子本体５２とカバー６４とは電気的に絶縁されている。
また、チューブ６７は、貫通孔６４ｆを挿通して超音波振動子６１の内部に挿入され、中空管路５２ｆに連結されている。
このような構成により、カバー６４と振動子本体５２との相対的な位置関係は固定されている。
接合部６５としては、接着や螺合等の適宜の接合手段を採用することができるが、本実施形態では、電気絶縁性を有する接着剤によって接着している。このため、振動子本体５２とカバー６４とは電気的に絶縁されている。
また、チューブ６７は、貫通孔６４ｆを挿通して超音波振動子６１の内部に挿入され、中空管路５２ｆに連結されている。
このような構成により、カバー６４と振動子本体５２との相対的な位置関係は固定されている。
コントローラ６６は、超音波振動子６１によって超音波振動を出力させるために、超音波振動の周波数に応じた交流電流をコイル３に供給するとともに、不図示の吸引器を駆動して中空管路５２ｆから吸引を行う制御を行うものである。
コントローラ６６からの電流の供給は、カバー６４に設けられた不図示の配線構造を介してコイル３と電気的に接続された配線６６ａを通して行われる。
コントローラ６６からの電流の供給は、カバー６４に設けられた不図示の配線構造を介してコイル３と電気的に接続された配線６６ａを通して行われる。
このような構成の超音波振動子６１によれば、コントローラ６６からコイル３に交流電流を供給することにより、上記第２の実施形態の超音波振動子５１と同様にして、振動出力部５２Ｃから振動出力を行うことができる。
その際、超音波振動子６１は、カバー６４によって外周部が覆われた構成を備えるため、カバー６４を手によって把持したり、ロボットハンドや支持部材に保持したりした状態で振動出力を行うことができる。
また、このような超音波振動子６１を備えた医療用超音波機器６０によれば、超音波振動子６１のカバー６４を手で把持したり、ロボットハンドや支持部材に保持したりして、患部に振動出力部５２Ｃを当接させ、患部の組織等を破砕したり、切断したりすることができる。
その際、コントローラ６６によって、不図示の吸引器を駆動することにより、先端面５２ｅ側の中空管路５２ｆの開口から、患部の組織等の破砕片、切断片、体液などを外部に吸引して除去することができる。
その際、超音波振動子６１は、カバー６４によって外周部が覆われた構成を備えるため、カバー６４を手によって把持したり、ロボットハンドや支持部材に保持したりした状態で振動出力を行うことができる。
また、このような超音波振動子６１を備えた医療用超音波機器６０によれば、超音波振動子６１のカバー６４を手で把持したり、ロボットハンドや支持部材に保持したりして、患部に振動出力部５２Ｃを当接させ、患部の組織等を破砕したり、切断したりすることができる。
その際、コントローラ６６によって、不図示の吸引器を駆動することにより、先端面５２ｅ側の中空管路５２ｆの開口から、患部の組織等の破砕片、切断片、体液などを外部に吸引して除去することができる。
［第５変形例］
次に、本実施形態の第５変形例の超音波振動子および医療用超音波機器について説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態の変形例（第５変形例）の医療用超音波機器の概略構成を示す模式的な断面図である。
次に、本実施形態の第５変形例の超音波振動子および医療用超音波機器について説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態の変形例（第５変形例）の医療用超音波機器の概略構成を示す模式的な断面図である。
本変形例の医療用超音波機器７０は、図８に示すように、上記第３の実施形態の医療用超音波機器６０の超音波振動子６１に代えて、本変形例の超音波振動子７１を備える。
超音波振動子７１は、上記第３の実施形態の超音波振動子６１において、カバー６４から延出された振動出力部５２Ｃの外周面に絶縁体部７４を設けたものである。
以下、上記第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
超音波振動子７１は、上記第３の実施形態の超音波振動子６１において、カバー６４から延出された振動出力部５２Ｃの外周面に絶縁体部７４を設けたものである。
以下、上記第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
絶縁体部７４は、振動子本体５２内に誘導された電流が被加振体に通電しないようにするために設けられたもので、本実施形態では、先端面５２ｅとカバー６４から延出された先端部側面２ｄとに設けられている。
絶縁体部７４の材質としては、必要な電気絶縁性を有する材質であれば、特に限定されない。例えば、綿、紙、ゴム、ポリエステルやエポキシ樹脂などの合成樹脂等の有機材料を好適に採用することができる。また、石綿、ガラス繊維などの無機材料も好適に採用することができる。
ただし、振動出力を効率的に行うためには、硬質の絶縁体を先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄに密着して形成することが好ましい。
また、超音波振動子７１の被加振体が、生体である場合には、絶縁体部７４は生体適合性を備える材質を採用することが好ましい。ここで、生体適合性とは、生体と接触しても、細胞毒性（細胞死や増殖阻害）を示さず、アレルギー反応の発生を抑制することができる特性を意味する。
絶縁材料であって、このような生体適合性のある材料の例としては、酸化アルミニウムや酸化チタンなどの酸化物系セラミックス、窒化アルミニウムや窒化チタンなど窒化物系セラミックス、炭化アルミニウムや炭化チタンなどの炭化物系セラミックスなどの例を挙げることができる。
絶縁体部７４の材質としては、必要な電気絶縁性を有する材質であれば、特に限定されない。例えば、綿、紙、ゴム、ポリエステルやエポキシ樹脂などの合成樹脂等の有機材料を好適に採用することができる。また、石綿、ガラス繊維などの無機材料も好適に採用することができる。
ただし、振動出力を効率的に行うためには、硬質の絶縁体を先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄに密着して形成することが好ましい。
また、超音波振動子７１の被加振体が、生体である場合には、絶縁体部７４は生体適合性を備える材質を採用することが好ましい。ここで、生体適合性とは、生体と接触しても、細胞毒性（細胞死や増殖阻害）を示さず、アレルギー反応の発生を抑制することができる特性を意味する。
絶縁材料であって、このような生体適合性のある材料の例としては、酸化アルミニウムや酸化チタンなどの酸化物系セラミックス、窒化アルミニウムや窒化チタンなど窒化物系セラミックス、炭化アルミニウムや炭化チタンなどの炭化物系セラミックスなどの例を挙げることができる。
これらの絶縁体部７４は、先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄの表面に適宜の表面処理によって形成してもよいし、先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄを覆う形状を形成してから、先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄの表面に接着剤等を介して接合してもよい。
本実施形態の絶縁体部７４は、一例として、先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄの表面にイオンプレーティング法によって、生体適合性が高いため医療用機器に好適な窒化チタン膜を成膜した構成を採用している。
本実施形態の絶縁体部７４は、一例として、先端面５２ｅおよび先端部側面２ｄの表面にイオンプレーティング法によって、生体適合性が高いため医療用機器に好適な窒化チタン膜を成膜した構成を採用している。
このような構成の超音波振動子７１によれば、振動出力を行う先端面５２ｅおよびカバー６４から延出された先端部側面２ｄの表面に絶縁体部７４が設けられているため、振動出力時に振動子本体５２に発生した電流が、被加振体に通電されることを防止することができる。例えば、被加振体が生体組織である場合、通電量の大きさによっては、ジュール熱によって、振動出力部５２Ｃとの接触部から離れた領域でも生体組織が焼灼されるおそれがあるが、本実施形態では、このような生体組織への影響が回避される。したがって、被加振体が生体である医療用超音波機器７０に好適に用いることができる。
また、本実施形態では、絶縁体部７４に窒化チタン膜を採用しているため、振動子本体５２の材質が、生体に有害な元素を含む場合であっても、被加振体である生体が被毒することを確実に防止することができる。
また、窒化チタンは、生体適合性が高いため、例えば、細胞毒性を示さず、アレルギー反応等が発生することを抑制することができる。
また、窒化チタンは、生体適合性が高いため、例えば、細胞毒性を示さず、アレルギー反応等が発生することを抑制することができる。
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る超音波振動子および医療用超音波機器について説明する。
図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態の医療用超音波機器の概略構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本発明の第４の実施形態に係る超音波振動子および医療用超音波機器について説明する。
図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態の医療用超音波機器の概略構成を示す模式的な左側面図および正面図である。
本実施形態の医療用超音波機器８０は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の第４変形例の超音波振動子４１の振動出力面４２ｅを覆うように絶縁体部８４を接合した超音波振動子８１と、上記第３の実施形態と同様にして超音波振動子８１の動作を制御するコントローラ８６とを備える
以下、上記第１の実施形態の第４変形例と異なる点を中心に説明する。
以下、上記第１の実施形態の第４変形例と異なる点を中心に説明する。
絶縁体部８４は、上記第１の実施形態の第４変形例の絶縁体部７４と同様な材質および接合方法を採用することができる。本実施形態では、窒化チタンを採用している。
コントローラ８６は、コントローラ６６から吸引器を制御する機能を削除したものである。
コントローラ８６は、コントローラ６６から吸引器を制御する機能を削除したものである。
医療用超音波機器８０によれば、振動出力部である振動出力面４２ｅが絶縁体部８４に覆われているため、上記第３の実施形態と同様に、被加振体である生体組織への通電が防止される。また、本実施形態では絶縁体部８４として、生体適合性を有する酸化時短を採用しているため、生体組織と接触することによる悪影響が回避される。したがって、被加振体が生体である医療用超音波機器として好適に用いることができる。
なお、上記の第１の実施形態、その第１変形例、第３変形例、第２および第３の実施形態の説明では、振動出力部の軸方向に沿う断面形状が一定の場合の例で説明したが、断面形状の大きさや形状は徐変してもよい。例えば、先端側ほど断面積が細る形状や、先端の正面視の形状が円状であったり、先端部の正面視の形状が円弧状などであったりしてもよい。また、超音波振動を加える医療用処置具に用いられる形状は、一体成形可能である形状であれば、すべて採用することができる。
また、上記第２および第３の実施形態の説明では、中空管路５２ｆが、振動出力部５２Ｃの先端側に開口する場合の例で説明したが、中空管路５２ｆは、先端部側面２ｄ（カバー６４を有する場合には、カバー６４から延出された先端部側面２ｄ）に開口する構成としてもよい。
また、上記第２および第３の実施形態では、カバー６４が、コイル３、振動発生部５２Ａ、振動増幅部５２Ｂ、および振動出力部５２Ｃを覆う場合の例で説明したが、カバー６４は、振動子本体５２において適宜の外周部を覆う構成とすることができる。例えば、コイル３が巻き回された部分のみを覆う構成としてもよい。
また、上記第３の実施形態の説明では、カバー６４と振動子本体５２とを接着剤等の接合部６５で接合する場合の例で説明したが、接合部６５は弾性材料や振動吸収材などを介して、振動子本体５２の振動がカバー６４に伝達しにくくなるように、柔構造で接合してもよい。この場合、カバー６４を手で持つ場合など、振動が伝わりにくくなるため持ちやすくなる。また、振動子本体５２の振動が、カバー６４に伝達しにくくなるため、騒音の発生を抑制できる。さらに、振動出力部５２Ｃに効率よく振動出力を行うことができる。
また、上記第３の実施形態の説明では、カバー６４をカバー底部６４ａ側で振動子本体５２と接合する場合の例で説明したが、カバー６４の先端開口部６４ｄを先端部側面２ｄに固定してもよい。この場合、先端部側面２ｄにおいて、超音波振動の節になる部分に固定することが好ましい。
また、上記の第３の実施形態の第５変形例および第４の実施形態の説明では、絶縁体部７４、８４が、絶縁体であってかつ生体適合性を有する材料からなる場合の例で説明したが、被加振体が生体であっても振動出力部が電気絶縁性を備える必要がない場合には、これらの絶縁体部７４、８４に代えて、生体適合性を有する導体材料を設けた構成としてもよい。
また、上記第３および第４の実施形態の説明では、超音波振動子６１、７１、８１を医療用超音波機器６０、７０、８０に用いた場合の例で説明したが、上記各実施形態および各変形例で説明した超音波振動子は、すべて、医療用超音波機器以外の超音波機器として用いることが可能である。このような超音波機器の例としては、例えば、超音波洗浄機、水中音響探信機、およびワイヤボンディング機などを挙げることができる。
また、上記の各実施形態、各変形例で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記に説明したすべての超音波振動子は、いずれも医療用超音波機器や超音波機器の超音波振動子として用いることが可能である。
例えば、上記に説明したすべての超音波振動子は、いずれも医療用超音波機器や超音波機器の超音波振動子として用いることが可能である。
１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ 超音波振動子
２、１２、２２、３２、４２、５２ 振動子本体
２Ａ、５２Ａ 振動発生部
２Ｂ、５２Ｂ 振動増幅部
２Ｃ、１２Ｃ、２２Ｃ、３２Ｃ、５２Ｃ 振動出力部
２ｄ、１２ｄ、３２ｄ 先端部側面
２ｅ、１２ｅ、２２ｅ 先端面
３ コイル（交流磁界印加部）
２２ｆ 板状部
３２ｅ 先端面
４２ｅ 振動出力面
５２ｅ 先端面
５２ｆ 中空管路
６０、７０、８０ 医療用超音波機器
６４ カバー（絶縁体部）
６６、８６ コントローラ
７４、８４ 絶縁体部
８４ａ 端面
２、１２、２２、３２、４２、５２ 振動子本体
２Ａ、５２Ａ 振動発生部
２Ｂ、５２Ｂ 振動増幅部
２Ｃ、１２Ｃ、２２Ｃ、３２Ｃ、５２Ｃ 振動出力部
２ｄ、１２ｄ、３２ｄ 先端部側面
２ｅ、１２ｅ、２２ｅ 先端面
３ コイル（交流磁界印加部）
２２ｆ 板状部
３２ｅ 先端面
４２ｅ 振動出力面
５２ｅ 先端面
５２ｆ 中空管路
６０、７０、８０ 医療用超音波機器
６４ カバー（絶縁体部）
６６、８６ コントローラ
７４、８４ 絶縁体部
８４ａ 端面
Claims (7)
- 交流磁界の印加によって超音波振動が発生する振動発生部と、該振動発生部で発生した前記超音波振動を出力する振動出力部と、前記振動発生部と前記振動出力部との間に形成され前記超音波振動の伝達路の大きさを変化させることにより前記超音波振動を増幅する振動増幅部と、を有し、温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有するとともに磁歪特性を有する非晶質合金によって一体成形された振動子本体と、
該振動子本体の前記振動発生部に前記交流磁界を印加する交流磁界印加部と、
を備える超音波振動子。 - 前記振動増幅部は、
テーパ面により前記伝達路の大きさが変化している
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。 - 前記振動子本体および前記交流磁界印加部の少なくともいずれかを覆う絶縁体部が設けられた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動子。 - 前記絶縁体部は、生体適合性を有する材料からなる
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波振動子。 - 前記振動子本体の前記振動出力部は、
生体適合性を有する材料からなる絶縁体部で覆われた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動子。 - 前記振動子本体は、
前記振動出力部の近傍に開口を有する中空管路を内部に備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波振動子。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波振動子を備える医療用超音波機器。
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