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JP2005094552A - Ultrasonic vibrator and its manufacturing method - Google Patents

Ultrasonic vibrator and its manufacturing methodDownload PDF

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JP2005094552AJP2003327286AJP2003327286AJP2005094552AJP 2005094552 AJP2005094552 AJP 2005094552AJP 2003327286 AJP2003327286 AJP 2003327286AJP 2003327286 AJP2003327286 AJP 2003327286AJP 2005094552 AJP2005094552 AJP 2005094552A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize an ultrasonic vibrator without damaging a function as a vibrating source of an ultrasonic operation system for performing a medical treatment for a body to be treated by using ultrasonic vibration. <P>SOLUTION: This ultrasonic vibrator has a resonant object 1 which amplifies ultrasonic vibration; and a fixing member 2 which forms a space having dimensions not larger than the outside dimensions of a laminated piezoelectric element 5 at temperatures lower than a predetermined temperature, and forms a space having dimensions larger than the outside dimensions of the piezoelectric element 5 at temperatures not lower than the predetermined temperature. The resonant object 1 is burned and inserted into the piezoelectric element 5, and the piezoelectric element 5 is fixed inside the fixing member 2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

Translated fromJapanese

この発明は、超音波振動を応用して生体組織等の被処置体に外科的な医療処置を行う超音波手術システムの振動源として用いられる超音波振動子およびその製造方法に関するものである。  The present invention relates to an ultrasonic transducer that is used as a vibration source of an ultrasonic surgical system that applies ultrasonic vibration to perform surgical medical treatment on an object to be treated such as a living tissue, and a manufacturing method thereof.

従来から、超音波振動を応用して被処置体に外科的な医療処置を行う超音波手術システムが開発され、この超音波手術システムの振動源として超音波振動子が用いられる。一般に、超音波振動子は、電歪効果による電気・機械エネルギー変換を行って超音波振動を発振する圧電素子が固定された共振体を有し、該共振体には、超音波振動を増幅するホーンと該ホーンによって増幅された超音波振動を伝達して被処置体に医療処置を行う処置部とが設けられている。この場合、超音波振動子は、圧電素子から発振された超音波振動をホーンによって増幅するとともに処置部に伝達し、該処置部を被処置体に接触させた場合に該被処置体に対する医療処置を達成する。このような技術に関し、たとえば、ボルト締結によって圧電素子に圧縮応力をかけるとともに該圧電素子をホーンに固定した超音波振動子がある。（特許文献１参照）。  2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic surgical system that performs ultrasonic medical treatment on an object to be treated by applying ultrasonic vibration has been developed, and an ultrasonic vibrator is used as a vibration source of the ultrasonic surgical system. In general, an ultrasonic transducer has a resonator to which a piezoelectric element that oscillates ultrasonic vibration by performing electro-mechanical energy conversion by an electrostrictive effect is fixed. The resonator amplifies the ultrasonic vibration. A horn and a treatment section that transmits ultrasonic vibrations amplified by the horn and performs medical treatment on the treatment object are provided. In this case, the ultrasonic transducer amplifies the ultrasonic vibration oscillated from the piezoelectric element by the horn and transmits it to the treatment section, and when the treatment section is brought into contact with the treatment body, the medical treatment for the treatment body To achieve. With regard to such a technique, for example, there is an ultrasonic vibrator in which compressive stress is applied to a piezoelectric element by bolt fastening and the piezoelectric element is fixed to a horn. (See Patent Document 1).

米国特許第６０７７２８５号US Pat. No. 6,077,285

しかしながら、上述した特許文献１に記載された超音波振動子では、圧電素子がボルト締結によってホーンに固定されているので、このボルト締結を実現するボルトおよび螺子穴等の締結手段を備えなければならず、この締結手段に起因して、超音波振動子の小型化が制限されるという問題点があった。  However, in the ultrasonic vibrator described inPatent Document 1 described above, since the piezoelectric element is fixed to the horn by bolt fastening, it is necessary to include fastening means such as bolts and screw holes for realizing the bolt fastening. However, due to the fastening means, there is a problem that miniaturization of the ultrasonic vibrator is limited.

なお、近年、内視鏡に挿入された超音波振動子を用いて、内視鏡観察の下、体腔内の患部に対する医療処置を行う超音波手術システムの実現が要望されている。このためには、超音波振動子の更なる小型化が必要である。  In recent years, there has been a demand for the realization of an ultrasonic surgical system that performs medical treatment on an affected part in a body cavity under endoscopic observation using an ultrasonic transducer inserted into an endoscope. For this purpose, it is necessary to further reduce the size of the ultrasonic transducer.

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、超音波振動を用いて被処置体に対する医療処置を行う超音波手術システムの振動源としての機能を損なうことなく、装置規模が小型化された超音波振動子およびその製造方法を提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of the above, and the scale of the apparatus can be reduced without impairing the function as a vibration source of an ultrasonic surgical system for performing medical treatment on an object to be treated using ultrasonic vibration. Another object is to provide an ultrasonic transducer and a method for manufacturing the same.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる超音波振動子は、電歪効果によって超音波振動を発振する振動発振手段と該振動発振手段が発振した超音波振動を増幅する共振体とを有し、該共振体によって増幅された超音波振動を用いて被処置体に対する医療処置を行う超音波振動子において、前記振動発振手段と前記共振体との焼き嵌めを行って、前記振動発振手段と前記共振体とを一体的に固定することを特徴とする。  In order to solve the above-described problems and achieve the object, an ultrasonic transducer according toclaim 1 includes vibration oscillation means that oscillates ultrasonic vibration by an electrostrictive effect, and ultrasonic vibration generated by the vibration oscillation means. In an ultrasonic transducer having a resonator to amplify and performing medical treatment on a target object using ultrasonic vibration amplified by the resonator, the vibration oscillation means and the resonator are shrink-fitted The vibration oscillating means and the resonator are integrally fixed.

この請求項１の発明によれば、前記振動発振手段と前記共振体との焼き嵌めを行って、前記振動発振手段と前記共振体とを一体的に固定するようにし、ボルト等を用いて前記共振体と前記振動発振手段とを螺子締結することなく、前記振動発振手段に対して圧縮応力を印加するとともに該振動発振手段を前記共振体に確実に固定し、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模を小型化した超音波振動子を実現している。  According to the first aspect of the present invention, the vibration oscillating means and the resonator are shrink-fitted so that the vibration oscillating means and the resonator are integrally fixed, and the bolt is used to Without applying a screw to the resonator and the vibration oscillating means, compressive stress is applied to the vibration oscillating means, and the vibration oscillating means is securely fixed to the resonator, and the ultrasonic vibration by the vibration oscillating means is obtained. An ultrasonic transducer with a reduced device scale has been realized without impairing the output efficiency.

また、請求項２にかかる超音波振動子は、上記発明において、前記共振体は、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の少なくとも発振方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定する固定部材を備え、前記空間の寸法は、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きいことを特徴とする。  The ultrasonic transducer according toclaim 2 is the ultrasonic transducer according to the above invention, wherein the resonator forms a space as an insertion portion of the vibration oscillating means, and the ultrasonic oscillator is inserted into the space. A fixing member that applies compressive stress in at least the oscillation direction of the sonic vibration and fixes the vibration oscillation means, and the dimension of the space is such that the temperature of the fixing member is less than a predetermined temperature in the compression stress application direction Further, it is smaller than the dimension of the vibration oscillation means, and larger than the dimension of the vibration oscillation means when the temperature of the fixing member is equal to or higher than a predetermined temperature.

この請求項２の発明によれば、前記共振体に設けられた固定部材が、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の少なくとも発振方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定し、前記空間の寸法が、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きくなるようにし、前記共振体を前記振動発振手段に焼き嵌めるとともに、前記振動発振手段に対して前記超音波振動の発振方向に圧縮応力を確実に印加し、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を高めるとともに装置規模の小型化を促進した超音波振動子を実現している。  According to the second aspect of the present invention, the fixing member provided in the resonator forms a space that is an insertion site of the vibration oscillating means, and the ultrasonic wave is applied to the vibration oscillating means inserted in the space. Applying compressive stress in at least the oscillation direction of vibration and fixing the vibration oscillating means, and the vibration oscillating means when the dimension of the space is less than a predetermined temperature in the direction of compressive stress application When the temperature of the fixing member is equal to or higher than a predetermined temperature, the size is larger than the size of the vibration oscillating means, and the resonator is shrink-fitted into the vibration oscillating means, and the vibration oscillating means Ultrasonic vibrator that reliably applies compressive stress in the oscillation direction of the ultrasonic vibration, enhances the output efficiency of ultrasonic vibration by the vibration oscillating means, and promotes downsizing of the apparatus scale It is realized.

また、請求項３にかかる超音波振動子は、上記発明において、前記共振体は、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の発振方向に垂直な方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定する固定部材を備え、前記空間の寸法は、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きいことを特徴とする。  According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic transducer according to the third aspect, the resonator forms a space as an insertion portion of the vibration oscillating means, and the supersonic oscillator is inserted into the space. A fixing member that applies compressive stress in a direction perpendicular to the oscillation direction of the sonic vibration and fixes the vibration oscillating means; and the size of the space is such that the temperature of the fixing member is a predetermined temperature in the direction of applying the compressive stress. When the temperature is less than the dimension of the vibration oscillation means, the dimension is less than the dimension of the vibration oscillation means. When the temperature of the fixing member is equal to or higher than a predetermined temperature, the dimension is larger than the dimension of the vibration oscillation means.

この請求項３の発明によれば、前記共振体に設けられた固定部材が、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の発振方向に垂直な方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定し、前記空間の寸法が、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きくなるようにし、前記共振体を前記振動発振手段に焼き嵌める処理を容易にするとともに、前記振動発振手段の前記共振体との接触端の他端を開放し、該他端に前記振動発振手段の電極配置部位を確保している。これによって、装置規模を小型化し、特に、装置の幅方向について小型化した超音波振動子を容易に実現している。  According to the invention ofclaim 3, the fixing member provided in the resonator forms a space that is an insertion site of the vibration oscillating means, and the ultrasonic wave is applied to the vibration oscillating means inserted in the space. Applying compressive stress in a direction perpendicular to the oscillation direction of vibration and fixing the vibration oscillating means, and the dimension of the space when the temperature of the fixing member is less than a predetermined temperature in the compression stress application direction When the temperature of the fixing member is not larger than the size of the vibration oscillating means and the temperature of the fixing member is equal to or higher than a predetermined temperature, the size of the vibration oscillating means is increased. The other end of the contact end of the vibration oscillating means with the resonator is opened, and an electrode arrangement site of the vibration oscillating means is secured at the other end. As a result, the scale of the apparatus is reduced, and in particular, an ultrasonic transducer reduced in size in the width direction of the apparatus is easily realized.

また、請求項４にかかる超音波振動子は、上記発明において、前記振動発振手段は、該振動発振手段を貫通するロッドが配置され、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドが前記共振体の開口部に挿入された場合に、前記共振体に前記振動発振手段を固定する固定部材を備え、前記開口部の寸法は、前記共振体の温度が所定温度未満の場合に前記ロッドの横断面の寸法以下であり、前記共振体の温度が所定温度以上の場合に前記ロッドの横断面の寸法より大きいことを特徴とする。  According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic transducer according to the above invention, the vibration oscillating means includes a rod penetrating the vibration oscillating means, and the rod penetrating the vibration oscillating means is an opening of the resonator. A fixing member for fixing the vibration oscillating means to the resonator when inserted into a portion, and the size of the opening is the size of the cross section of the rod when the temperature of the resonator is lower than a predetermined temperature. It is the following, When the temperature of the said resonator is more than predetermined temperature, it is larger than the dimension of the cross section of the said rod, It is characterized by the above-mentioned.

この請求項４の発明によれば、前記振動発振手段は、該振動発振手段を貫通するロッドが配置された固定部材を有し、前記固定部材が、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドが前記共振体の開口部に挿入された場合に、前記共振体に前記振動発振手段を固定し、前記開口部の寸法が、前記共振体の温度が所定温度未満の場合に前記ロッドの横断面の寸法以下であり、前記共振体の温度が所定温度以上の場合に前記ロッドの横断面の寸法より大きくなるようにし、前記振動発振手段を構成する圧電素子および正電極または圧電素子および負電極が相互に固着されていない場合であっても、前記共振体に前記振動発振手段を確実に固定し、特に、前記共振体に円筒状の前記振動発振手段を固定する処理を容易にし、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模の小型化を促進した超音波振動子を容易に実現している。  According to the invention ofclaim 4, the vibration oscillating means has a fixing member in which a rod penetrating the vibration oscillating means is disposed, and the fixing member is formed of the rod penetrating the vibration oscillating means. When inserted into the opening of the resonator, the vibration oscillation means is fixed to the resonator, and the dimensions of the opening are the dimensions of the cross section of the rod when the temperature of the resonator is less than a predetermined temperature. The piezoelectric element and the positive electrode or the piezoelectric element and the negative electrode constituting the vibration oscillating means are mutually connected so that, when the temperature of the resonator is equal to or higher than a predetermined temperature, the dimension of the cross section of the rod is larger. Even if it is not fixed, the vibration oscillating means is securely fixed to the resonator, and in particular, the process of fixing the cylindrical vibration oscillating means to the resonator is facilitated by the vibration oscillating means. Super sound An ultrasonic vibrator to promote miniaturization of the device size without compromising the output efficiency of vibration are easily realized.

また、請求項５にかかる超音波振動子は、上記発明において、前記所定温度は、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする。  According to a fifth aspect of the present invention, in the above invention, the predetermined temperature is a temperature within a range of 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.

この請求項５の発明によれば、前記所定温度は、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度に設定されるようにし、前記振動発振手段に前記共振体を焼き嵌める処理を最適化している。  According to the fifth aspect of the present invention, the predetermined temperature is set to a temperature in the range of 150 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the process of shrink fitting the resonator on the vibration oscillation means is optimized. Yes.

また、請求項６にかかる超音波振動子の製造方法は、電歪効果によって超音波振動を発振する振動発振手段と該振動発振手段が発振した超音波振動を増幅する共振体とを有し、該共振体によって増幅された超音波振動を用いて被処置体に対する医療処置を行う超音波振動子の製造方法において、前記共振体に挿入する前記振動発振手段の全挿入方向に垂直な方向について、前記振動発振手段の外形寸法以下の寸法を有する空間を前記共振体に形成する空間形成工程と、前記共振体を所定温度以上に加熱し、前記空間の寸法を前記振動発振手段の外形寸法よりも大きくする熱膨張工程と、前記熱膨張工程によって大きくした前記空間に前記振動発振手段を挿入する挿入工程と、前記振動発振手段が挿入された前記共振体を前記所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体内に固定する固定工程と、を含んだことを特徴とする。  The method for manufacturing an ultrasonic vibrator according toclaim 6 includes: a vibration oscillating unit that oscillates ultrasonic vibration by an electrostrictive effect; and a resonator that amplifies the ultrasonic vibration oscillated by the vibration oscillating unit. In a method of manufacturing an ultrasonic transducer that performs medical treatment on a target object using ultrasonic vibration amplified by the resonator, in a direction perpendicular to the entire insertion direction of the vibration oscillation means to be inserted into the resonator, A space forming step of forming a space having a dimension equal to or smaller than an outer dimension of the vibration oscillating means in the resonator; and heating the resonator to a predetermined temperature or more; A thermal expansion step of enlarging, an insertion step of inserting the vibration oscillating means into the space enlarged by the thermal expansion step, and cooling the resonator into which the vibration oscillating means is inserted below the predetermined temperature. And, wherein the containing and fixing step of fixing the vibration oscillation means to said resonant body.

この請求項６の発明によれば、前記共振体に挿入する前記振動発振手段の全挿入方向に垂直な方向について、前記振動発振手段の外形寸法以下の寸法を有する空間を前記共振体に形成し、つぎに、熱膨張工程によって前記共振体を所定温度以上に加熱して、前記空間の寸法を前記振動発振手段の外形寸法よりも大きくし、前記熱膨張工程によって大きくした前記空間に前記振動発振手段を挿入し、その後、前記振動発振手段が挿入された前記共振体を前記所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体内に固定するようにし、ボルト等を用いて前記共振体と前記振動発振手段とを螺子締結することなく、前記振動発振手段に対して圧縮応力を印加するとともに前記共振体に前記振動発振手段を確実に固定し、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模を小型化した超音波振動子を実現している。  According to the sixth aspect of the present invention, a space having a dimension equal to or smaller than the outer dimension of the vibration oscillating means is formed in the resonator in a direction perpendicular to the entire insertion direction of the vibration oscillating means inserted into the resonator. Next, the resonator is heated to a predetermined temperature or higher by a thermal expansion step so that the dimension of the space is larger than the external dimension of the vibration oscillation means, and the vibration oscillation is generated in the space enlarged by the thermal expansion step. Means is inserted, and then the resonator into which the vibration oscillating means is inserted is cooled to a temperature lower than the predetermined temperature so that the vibration oscillating means is fixed in the resonator. Without applying a screw to the vibration oscillating means, a compressive stress is applied to the vibration oscillating means, and the vibration oscillating means is securely fixed to the resonator. And a device size to achieve an ultrasonic transducer miniaturized without compromising the output efficiency of the ultrasonic vibration.

また、請求項７にかかる超音波振動子の製造方法は、電歪効果によって超音波振動を発振する振動発振手段と該振動発振手段が発振した超音波振動を増幅する共振体とを有し、該共振体によって増幅された超音波振動を用いて被処置体に対する医療処置を行う超音波振動子の製造方法において、前記振動発振手段を貫通するロッドの横断面寸法以下の寸法を有する開口部を前記共振体に形成する開口部形成工程と、前記共振体を所定温度以上に加熱し、前記開口部の寸法を前記ロッドの横断面寸法よりも大きくする熱膨張工程と、前記熱膨張工程によって大きくした前記開口部に対して、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドを挿入するとともに前記振動発振手段を前記共振体に接触させる挿入工程と、前記挿入工程によって前記共振体に接触させた前記振動発振手段を前記共振体に押し付けるとともに前記共振体を所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体に固定する固定工程と、を含んだことを特徴とする。  The method for manufacturing an ultrasonic vibrator according to claim 7 includes: a vibration oscillating unit that oscillates ultrasonic vibration by an electrostrictive effect; and a resonator that amplifies the ultrasonic vibration oscillated by the vibration oscillating unit. In the method of manufacturing an ultrasonic transducer for performing medical treatment on a target object using ultrasonic vibration amplified by the resonator, an opening having a dimension equal to or smaller than a transverse cross-sectional dimension of a rod penetrating the vibration oscillating means is provided. An opening forming step formed in the resonator, a thermal expansion step in which the resonator is heated to a predetermined temperature or more, and a size of the opening is made larger than a cross-sectional dimension of the rod, and the thermal expansion step An insertion step of inserting the rod penetrating the vibration oscillating means into the opening and bringing the vibration oscillating means into contact with the resonator; and With pressing the vibration oscillation means is touching the resonator to cool the resonator to below the predetermined temperature, and wherein said vibrating oscillating means that it contained a fixing step of fixing the resonator.

この請求項７の発明によれば、前記振動発振手段を貫通するロッドの横断面寸法以下の寸法を有する開口部を前記共振体に形成し、つぎに、熱膨張工程によって前記共振体を所定温度以上に加熱して、前記開口部の寸法を前記ロッドの横断面寸法よりも大きくし、前記熱膨張工程によって大きくした前記開口部に対して、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドを挿入するとともに、前記振動発振手段を前記共振体に接触させ、その後、前記共振体に接触させた前記振動発振手段を前記共振体に押し付けるとともに前記共振体を所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体に固定するようにし、前記振動発振手段を構成する圧電素子および正電極または圧電素子および負電極が相互に固着されていない場合であっても、前記共振体に前記振動発振手段を確実に固定し、特に、前記共振体に円筒状の前記振動発振手段を固定する処理を容易にし、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模の小型化を促進した超音波振動子を容易に実現している。  According to the seventh aspect of the present invention, an opening having a dimension equal to or smaller than the cross-sectional dimension of the rod penetrating the vibration oscillating means is formed in the resonator, and then the resonator is moved to a predetermined temperature by a thermal expansion process. The rod is inserted through the vibration oscillating means into the opening that has been heated so that the dimension of the opening is larger than the cross-sectional dimension of the rod and is increased by the thermal expansion process. The vibration oscillating means is brought into contact with the resonator, and then the vibration oscillating means in contact with the resonator is pressed against the resonator and the resonator is cooled to a temperature lower than a predetermined temperature. Even if the piezoelectric element and the positive electrode or the piezoelectric element and the negative electrode constituting the vibration oscillating means are not fixed to each other, the resonator is fixed to the resonator. The vibration oscillating means is securely fixed, in particular, the process of fixing the cylindrical vibration oscillating means to the resonator is facilitated, and the size of the apparatus is small without impairing the output efficiency of ultrasonic vibration by the vibration oscillating means. An ultrasonic transducer that facilitates the process is easily realized.

また、請求項８にかかる超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記固定工程によって前記共振体に固定された前記振動発振手段を構成する圧電素子に対して分極処理を行う分極工程を含んだことを特徴とする。  The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to an eighth aspect of the present invention is the method according to the above invention, further comprising: a polarization step of performing a polarization process on the piezoelectric element constituting the vibration oscillating means fixed to the resonator by the fixing step. It is characterized by including.

この請求項８の発明によれば、前記固定工程の後に、前記振動発振手段を構成する圧電素子に分極処理を行うようにし、前記熱膨張工程の加熱温度を高温に設定できるとともに、前記分極処理によって得られた前記振動発振手段の電歪効果が、前記熱膨張工程による加熱処理によって喪失されることを防止し、前記振動発振手段に前記共振体を焼き嵌める処理を容易にするとともに、前記共振体を焼き嵌めた前記振動発振手段の電歪効果を確実に得られるようにしている。  According to the invention of claim 8, after the fixing step, the piezoelectric element constituting the vibration oscillation means is subjected to polarization treatment, and the heating temperature in the thermal expansion step can be set to a high temperature, and the polarization treatment is performed. The electrostrictive effect of the vibration oscillating means obtained by the above is prevented from being lost by the heat treatment in the thermal expansion step, facilitating the process of shrink fitting the resonator on the vibration oscillating means, and the resonance The electrostrictive effect of the vibration oscillation means in which the body is shrink-fitted is ensured.

また、請求項９にかかる超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記挿入工程に用いる前記振動発振手段を構成する圧電素子は、予め分極処理がなされていることを特徴とする。  According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing an ultrasonic transducer according to the above invention, wherein the piezoelectric element constituting the vibration oscillating means used in the insertion step is previously subjected to polarization treatment.

この請求項９の発明によれば、前記振動発振手段を構成する圧電素子に対する分極処理が、前記挿入工程以前に行われるようにし、前記分極処理による加熱温度によって、前記共振体と前記振動発振手段との嵌め合いが損なわれることを防止し、前記振動発振手段に前記共振体を確実に焼き嵌めるようにしている。  According to the ninth aspect of the present invention, the piezoelectric element that constitutes the vibration oscillating means is polarized before the insertion step, and the resonator and the vibration oscillating means depend on the heating temperature of the polarization process. Is prevented from being damaged, and the resonator is securely shrink-fitted into the vibration oscillation means.

また、請求項１０にかかる超音波振動子の製造方法は、上記発明において、前記所定温度は、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする。  The ultrasonic transducer manufacturing method according toclaim 10 is characterized in that, in the above invention, the predetermined temperature is a temperature within a range of 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.

この請求項１０の発明によれば、前記所定温度が、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度に設定されるようにし、前記振動発振手段に前記共振体を焼き嵌める処理を最適化している。  According to the invention ofclaim 10, the predetermined temperature is set to a temperature within a range of 150 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the process of shrink-fitting the resonator into the vibration oscillation means is optimized. Yes.

請求項１の発明によれば、前記振動発振手段と前記共振体との焼き嵌めを行って、前記振動発振手段と前記共振体とを一体的に固定しているので、ボルト等を用いて前記共振体と前記振動発振手段とを螺子締結することなく、前記振動発振手段に対して圧縮応力を印加するとともに該振動発振手段を前記共振体に確実に固定でき、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模を小型化した超音波振動子を実現できるという効果を奏する。  According to the first aspect of the present invention, the vibration oscillating means and the resonator are shrink-fitted and the vibration oscillating means and the resonator are integrally fixed. Without applying a screw to the resonator and the vibration oscillating means, a compressive stress can be applied to the vibration oscillating means and the vibration oscillating means can be securely fixed to the resonator. It is possible to realize an ultrasonic transducer with a reduced apparatus scale without impairing the output efficiency of the apparatus.

また、請求項２の発明によれば、前記共振体に設けられた固定部材が、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の少なくとも発振方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定し、前記空間の寸法が、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きくなるので、前記共振体を前記振動発振手段に焼き嵌めるとともに、前記振動発振手段に対して前記超音波振動の発振方向に圧縮応力を確実に印加でき、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を高めるとともに装置規模の小型化を促進した超音波振動子を実現できるという効果を奏する。  According to the invention ofclaim 2, the fixing member provided in the resonator forms a space that is an insertion site of the vibration oscillating means, and the super oscillating means inserted in the space has the super Applying compressive stress in at least the oscillation direction of the sonic vibration and fixing the vibration oscillating means, the vibration oscillation when the dimension of the space is less than a predetermined temperature in the direction of the compressive stress When the temperature of the fixing member is equal to or higher than a predetermined temperature, the size of the fixing member becomes larger than the size of the vibration oscillating means. Ultrasonic vibrator capable of reliably applying a compressive stress in the oscillation direction of the ultrasonic vibration, enhancing the output efficiency of the ultrasonic vibration by the vibration oscillating means and promoting the downsizing of the apparatus scale An effect that can be achieved.

また、請求項３の発明によれば、前記共振体に設けられた固定部材が、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の発振方向に垂直な方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定し、前記空間の寸法が、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きくなるので、前記振動発振手段に前記共振体を容易に焼き嵌めることができるとともに、前記振動発振手段の前記共振体との接触端の他端を開放でき、該他端に前記振動発振手段の電極配置部位を確保できる。これによって、装置規模を小型化でき、特に、装置の幅方向について小型化した超音波振動子を容易に実現できるという効果を奏する。  According to a third aspect of the present invention, the fixing member provided in the resonator forms a space that is an insertion portion of the vibration oscillating means, and the superoscillating means inserted into the space When compressive stress is applied in a direction perpendicular to the oscillation direction of the sonic vibration and the vibration oscillating means is fixed, and the dimension of the space is less than a predetermined temperature in the compression stress application direction. When the temperature of the fixing member is less than the dimension of the vibration oscillating means and becomes larger than the dimension of the vibration oscillating means when the temperature of the fixing member is equal to or higher than a predetermined temperature, the resonator can be easily shrink-fitted into the vibration oscillating means. The other end of the contact end of the vibration oscillating means with the resonator can be opened, and the electrode arrangement portion of the vibration oscillating means can be secured at the other end. As a result, the scale of the apparatus can be reduced, and in particular, there is an effect that an ultrasonic transducer reduced in the width direction of the apparatus can be easily realized.

また、請求項４の発明によれば、前記振動発振手段は、該振動発振手段を貫通するロッドが配置された固定部材を有し、前記固定部材が、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドが前記共振体の開口部に挿入された場合に、前記共振体に前記振動発振手段を固定し、前記開口部の寸法が、前記共振体の温度が所定温度未満の場合に前記ロッドの横断面の寸法以下であり、前記共振体の温度が所定温度以上の場合に前記ロッドの横断面の寸法より大きくなるので、前記振動発振手段を構成する圧電素子および正電極または圧電素子および負電極が相互に固着されていない場合であっても、前記振動発振手段を前記共振体に確実に固定でき、特に、前記共振体に円筒状の前記振動発振手段を容易に固定することができ、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模の小型化を促進した超音波振動子を容易に実現できるという効果を奏する。  According to a fourth aspect of the present invention, the vibration oscillating means has a fixing member on which a rod penetrating the vibration oscillating means is disposed, and the fixing member includes the rod penetrating the vibration oscillating means. When inserted into the opening of the resonator, the vibration oscillating means is fixed to the resonator, and the dimension of the opening is such that when the temperature of the resonator is less than a predetermined temperature, the cross section of the rod When the temperature of the resonator is equal to or higher than a predetermined temperature, it becomes larger than the dimension of the cross section of the rod, so that the piezoelectric element and the positive electrode or the piezoelectric element and the negative electrode constituting the vibration oscillation means are mutually Even if it is not fixed, the vibration oscillating means can be securely fixed to the resonator, and in particular, the cylindrical vibration oscillating means can be easily fixed to the resonator. By super An effect that the ultrasonic vibrator to promote miniaturization of the device size without compromising the output efficiency of the wave oscillation can be easily realized.

また、請求項５の発明によれば、前記所定温度は、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度に設定されるので、前記振動発振手段に前記共振体を焼き嵌める処理を最適化でき、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模の小型化を促進した超音波振動子を効率よく実現できるという効果を奏する。  According to the invention ofclaim 5, since the predetermined temperature is set to a temperature within a range of 150 ° C. or more and 500 ° C. or less, the process of shrink fitting the resonator on the vibration oscillating means can be optimized. Thus, an effect is achieved that an ultrasonic transducer that can reduce the size of the apparatus can be efficiently realized without impairing the output efficiency of the ultrasonic vibration by the vibration oscillating means.

また、請求項６の発明によれば、前記共振体に挿入する前記振動発振手段の全挿入方向に垂直な方向について、前記振動発振手段の外形寸法以下の寸法を有する空間を前記共振体に形成し、つぎに、熱膨張工程によって前記共振体を所定温度以上に加熱して、前記空間の寸法を前記振動発振手段の外形寸法よりも大きくし、前記熱膨張工程によって大きくした前記空間に前記振動発振手段を挿入し、その後、前記振動発振手段が挿入された前記共振体を前記所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体内に固定しているので、ボルト等を用いて前記共振体と前記振動発振手段とを螺子締結することなく、前記振動発振手段に対して圧縮応力を印加するとともに前記共振体に前記振動発振手段を確実に固定でき、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模を小型化した超音波振動子を実現できるという効果を奏する。  According to a sixth aspect of the present invention, a space having a dimension equal to or smaller than the outer dimension of the vibration oscillating means is formed in the resonator in a direction perpendicular to the entire insertion direction of the vibration oscillating means inserted into the resonator. Next, the resonator is heated to a predetermined temperature or higher by a thermal expansion step so that the dimension of the space is larger than the external dimension of the vibration oscillation means, and the vibration is generated in the space enlarged by the thermal expansion step. After inserting the oscillating means, the resonator into which the vibration oscillating means is inserted is cooled below the predetermined temperature, and the vibration oscillating means is fixed in the resonator. Without compressing a body and the vibration oscillating means, a compressive stress can be applied to the vibration oscillating means and the vibration oscillating means can be securely fixed to the resonator. That the apparatus size without deteriorating the power efficiency of the ultrasonic vibration is an effect that can realize an ultrasonic transducer is miniaturized.

また、請求項７の発明によれば、前記振動発振手段を貫通するロッドの横断面寸法以下の寸法を有する開口部を前記共振体に形成し、つぎに、熱膨張工程によって前記共振体を所定温度以上に加熱して、前記開口部の寸法を前記ロッドの横断面寸法よりも大きくし、前記熱膨張工程によって大きくした前記開口部に対して、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドを挿入するとともに、前記振動発振手段を前記共振体に接触させ、その後、前記共振体に接触させた前記振動発振手段を前記共振体に押し付けるとともに前記共振体を所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体に固定しているので、前記振動発振手段を構成する圧電素子および正電極または圧電素子および負電極が相互に固着されていない場合であっても、前記共振体に前記振動発振手段を確実に固定でき、特に、前記共振体に円筒状の前記振動発振手段を容易に固定でき、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模の小型化を促進した超音波振動子を容易に実現できるという効果を奏する。  According to a seventh aspect of the present invention, an opening having a dimension equal to or smaller than a transverse cross-sectional dimension of the rod penetrating the vibration oscillating means is formed in the resonator, and then the resonator is predetermined by a thermal expansion process. The rod that penetrates the vibration oscillation means is inserted into the opening that is heated to a temperature higher than that, and the dimension of the opening is larger than the cross-sectional dimension of the rod, and is enlarged by the thermal expansion process. The vibration oscillating means is brought into contact with the resonator, and then the vibration oscillating means brought into contact with the resonator is pressed against the resonator and the resonator is cooled to a temperature lower than a predetermined temperature. Since it is fixed to the resonator, even if the piezoelectric element and the positive electrode or the piezoelectric element and the negative electrode constituting the vibration oscillation means are not fixed to each other, the resonance The vibration oscillating means can be securely fixed to the resonator, and in particular, the cylindrical vibration oscillating means can be easily fixed to the resonator, and the device scale can be reduced without impairing the output efficiency of ultrasonic vibration by the vibration oscillating means. It is possible to easily realize an ultrasonic transducer that promotes the above.

また、請求項８の発明によれば、前記固定工程の後に、前記振動発振手段を構成する圧電素子に分極処理を行うので、前記熱膨張工程の加熱温度を高温に設定できるとともに、前記分極処理によって得られた前記振動発振手段の電歪効果が、前記熱膨張工程による加熱処理によって喪失されることを防止でき、これによって、前記振動発振手段に前記共振体を容易に焼き嵌めることができるとともに、前記共振体を焼き嵌めた前記振動発振手段の電歪効果を確実に得ることができるという効果を奏する。  According to the invention of claim 8, since the polarization process is performed on the piezoelectric element constituting the vibration oscillation means after the fixing process, the heating temperature in the thermal expansion process can be set to a high temperature, and the polarization process is performed. The electrostrictive effect of the vibration oscillating means obtained by the above can be prevented from being lost by the heat treatment in the thermal expansion step, whereby the resonator can be easily shrink-fitted into the vibration oscillating means. The electrostrictive effect of the vibration oscillating means in which the resonator is shrink-fitted can be obtained with certainty.

また、請求項９の発明によれば、前記振動発振手段を構成する圧電素子に対する分極処理を前記挿入工程以前に行うので、前記分極処理による加熱温度によって、前記共振体と前記振動発振手段との嵌め合いが損なわれることを防止でき、前記振動発振手段に前記共振体を確実に焼き嵌めることができるという効果を奏する。  According to the invention of claim 9, since the polarization process for the piezoelectric element constituting the vibration oscillating means is performed before the insertion step, the resonance body and the vibration oscillating means are affected by the heating temperature by the polarization process. It is possible to prevent the fitting from being damaged, and to produce an effect that the resonator can be securely shrink-fitted into the vibration oscillation means.

また、請求項１０の発明によれば、前記所定温度が、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度に設定されるので、前記振動発振手段に前記共振体を焼き嵌める処理を最適化でき、前記振動発振手段による超音波振動の出力効率を損なうことなく装置規模の小型化を促進した超音波振動子を効率よく実現できるという効果を奏する。  According to the invention ofclaim 10, since the predetermined temperature is set to a temperature in the range of 150 ° C. or more and 500 ° C. or less, the process of shrink fitting the resonator on the vibration oscillation means can be optimized. Thus, an effect is achieved that an ultrasonic transducer that can reduce the size of the apparatus can be efficiently realized without impairing the output efficiency of the ultrasonic vibration by the vibration oscillating means.

以下、添付図面を参照して、この発明にかかる超音波振動子およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。  Exemplary embodiments of an ultrasonic transducer and a method for manufacturing the same according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である超音波振動子の概略構成を例示する斜視図である。図１において、超音波振動子１０は、積層圧電素子５に共振体１を焼き嵌めた構造を有する。共振体１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金によって実現され、積層圧電素子５から出力された超音波振動を増幅するホーン３と、積層圧電素子５をホーン３に固定する固定部材２と、ホーン３によって増幅された超音波振動を被処置体に伝達して該被処置体に医療処置を行う処置部４とを有する。ホーン３は、積層圧電素子５との接触端から先端に向けて徐々にその断面積が小さくなる形状を有し、この接触端の周囲には、フランジ３ａが設けられる。また、ホーン３の接触端には固定部材２が設けられ、ホーン３の先端には処置部４が設けられる。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an ultrasonic transducer according to the first embodiment of the invention. In FIG. 1, anultrasonic transducer 10 has a structure in which aresonator 1 is shrink-fitted into a laminatedpiezoelectric element 5. Theresonator 1 is realized by a titanium alloy such as Ti-6Al-4V, and ahorn 3 for amplifying the ultrasonic vibration output from the laminatedpiezoelectric element 5; a fixingmember 2 for fixing the laminatedpiezoelectric element 5 to thehorn 3; And atreatment section 4 that transmits the ultrasonic vibration amplified by thehorn 3 to the body to be treated and performs medical treatment on the body to be treated. Thehorn 3 has a shape in which the cross-sectional area gradually decreases from the contact end with the laminatedpiezoelectric element 5 toward the tip, and aflange 3a is provided around the contact end. A fixingmember 2 is provided at the contact end of thehorn 3, and atreatment portion 4 is provided at the tip of thehorn 3.

固定部材２は、縦断面がコの字形状である枠体によって構成され、積層圧電体５に共振体１を焼き嵌める焼き嵌め処理が行われた場合、固定部材２の空間内に積層圧電素子５を組み込む。この場合、積層圧電素子５は、共振体１が伝達する超音波振動の発振方向と積層圧電素子５の発振方向とが一致するように、固定部材２の空間内に挿入される。また、固定部材２は、挿入された積層圧電素子５に対して、この発振方向に圧縮応力を印加するとともに、この発振方向と積層圧電素子５の挿入方向とに垂直な方向に圧縮応力を印加し、これによって、固定部材２は、ホーン３に積層圧電素子５を押し付けるとともに固定する。なお、積層圧電素子５は、共振体１と積層圧電素子５に配置された外部電極とが常時絶縁状態になるように、固定部材２の空間内に組み込まれる。  The fixingmember 2 is constituted by a frame body having a U-shaped longitudinal section, and when a shrink-fitting process for shrink-fitting theresonator 1 to the laminatedpiezoelectric body 5 is performed, the laminated piezoelectric element is placed in the space of the fixingmember 2. 5 is incorporated. In this case, the laminatedpiezoelectric element 5 is inserted into the space of the fixedmember 2 so that the oscillation direction of the ultrasonic vibration transmitted by theresonator 1 and the oscillation direction of the laminatedpiezoelectric element 5 coincide. The fixingmember 2 applies a compressive stress in the oscillation direction to the inserted laminatedpiezoelectric element 5 and applies a compressive stress in a direction perpendicular to the oscillation direction and the insertion direction of the laminatedpiezoelectric element 5. Thus, the fixingmember 2 presses and fixes the laminatedpiezoelectric element 5 to thehorn 3. The laminatedpiezoelectric element 5 is incorporated in the space of the fixingmember 2 so that theresonator 1 and the external electrode disposed on the laminatedpiezoelectric element 5 are always insulated.

ここで、上述した焼き嵌め処理は、一般に、開口部を有する円板等の部材を加熱膨張させ、膨張した部材の開口部に該開口部の設計寸法よりも若干大きい寸法の軸を嵌め入れ、その後、この軸が嵌め入れられた部材を冷却して該部材の開口部の寸法をその設計寸法に戻し、これによって、部材に軸を固定する処理として定義される。しかし、ここでは、固定部材を有する共振体を加熱膨張させ、膨張した共振体の固定部材が形成する空間内に、該空間の設計寸法、すなわち、この固定部材の内部寸法の設計値よりも若干大きい外形寸法の積層圧電素子を嵌め入れ、その後、この空間内に積層圧電素子が嵌め入れられた共振体を冷却してこの固定部材の内部寸法をその設計値に戻し、これによって、共振体内に積層圧電素子を組み込む処理も焼き嵌め処理として定義する。  Here, the shrink fitting process described above generally heats and expands a member such as a disk having an opening, and inserts a shaft having a dimension slightly larger than the design dimension of the opening into the opening of the expanded member. Thereafter, the member in which the shaft is fitted is cooled to return the dimension of the opening of the member to the design dimension, thereby defining the process of fixing the shaft to the member. However, here, the resonator having the fixing member is heated and expanded, and in the space formed by the fixing member of the expanded resonator, the design dimension of the space, that is, the design value of the internal dimension of the fixing member is slightly A multilayer piezoelectric element having a large external dimension is fitted, and then the resonator in which the multilayer piezoelectric element is fitted is cooled in this space to return the internal dimension of the fixing member to its design value, thereby The process of incorporating the laminated piezoelectric element is also defined as shrink fitting process.

図２は、超音波振動子１０を共振体１と積層圧電体５とに分解した状態を例示する模式図である。図２において、積層圧電素子５の外形寸法は、その発振方向について寸法ａであり、該発振方向に垂直な方向について寸法ｂである。固定部材２は、空間２ａを形成し、固定部材２の内部寸法は、共振体１が伝達する超音波振動の発振方向について寸法ｃであり、該発振方向および積層圧電素子５の挿入方向に垂直な方向について寸法ｄである。すなわち、空間２ａの寸法は、この発振方向について寸法ｃであり、該発振方向および積層圧電素子５の挿入方向に垂直な方向について寸法ｄである。ここで、共振体１の温度が所定温度未満（たとえば常温）である場合、寸法ｃ，ｄは、固定部材２の内部寸法の設計値であり、寸法ｃ，ｄは、それぞれ寸法ａ，ｂ以下である。一方、共振体１の温度が所定温度以上（たとえば１５０℃〜５００℃の範囲の温度）である場合、固定部材２は膨張し、寸法ｃ，ｄは、それぞれ寸法ａ，ｂよりも、たとえば、数μｍ〜数１０μｍ程度大きくなる。すなわち、固定部材２の寸法ｃ，ｄが、それぞれ寸法ａ，ｂ以下に設計され、共振体１を所定温度以上に加熱して固定部材２を熱膨張させた場合に、それぞれ寸法ａ，ｂよりも大きくなるように構成すれば、上述した焼き嵌め処理を行うことができる。また、積層圧電素子５に共振体１を焼き嵌めた場合に固定部材２が積層圧電素子５に印加する圧縮応力は、固定部材２の内部寸法の設計値を変更することによって調整することができ、たとえば、寸法ｃ，ｄの設計値をそれぞれ寸法ａ，ｂに近づけるように変更すれば、この圧縮応力を小さくでき、寸法ｃ，ｄの設計値をそれぞれ寸法ａ，ｂとの偏差が大きくなるように変更すれば、この圧縮応力を大きくすることができる。  FIG. 2 is a schematic view illustrating a state in which theultrasonic transducer 10 is disassembled into theresonator 1 and the laminatedpiezoelectric body 5. In FIG. 2, the outer dimension of the laminatedpiezoelectric element 5 is a dimension a in the oscillation direction and a dimension b in a direction perpendicular to the oscillation direction. The fixingmember 2 forms a space 2 a, and the internal dimension of the fixingmember 2 is a dimension c with respect to the oscillation direction of the ultrasonic vibration transmitted by theresonator 1, and is perpendicular to the oscillation direction and the insertion direction of the multilayerpiezoelectric element 5. Dimension d for any direction. That is, the dimension of the space 2 a is the dimension c in this oscillation direction, and the dimension d in the direction perpendicular to the oscillation direction and the insertion direction of the multilayerpiezoelectric element 5. Here, when the temperature of theresonator 1 is lower than a predetermined temperature (for example, normal temperature), the dimensions c and d are design values of the internal dimensions of the fixingmember 2, and the dimensions c and d are the dimensions a and b or less, respectively. It is. On the other hand, when the temperature of theresonator 1 is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, a temperature in the range of 150 ° C. to 500 ° C.), the fixingmember 2 expands, and the dimensions c and d are larger than the dimensions a and b, respectively. It becomes larger by several μm to several tens of μm. That is, when the dimensions c and d of the fixingmember 2 are designed to be less than or equal to the dimensions a and b, respectively, and the fixingmember 2 is thermally expanded by heating theresonator 1 to a predetermined temperature or more, the dimensions a and b are If it is configured to be larger, the above-described shrink fitting process can be performed. Further, the compressive stress applied to the laminatedpiezoelectric element 5 by the fixingmember 2 when theresonator 1 is shrink-fitted into the laminatedpiezoelectric element 5 can be adjusted by changing the design value of the internal dimension of the fixingmember 2. For example, if the design values of the dimensions c and d are changed so as to be close to the dimensions a and b, respectively, the compressive stress can be reduced, and the design values of the dimensions c and d have a large deviation from the dimensions a and b, respectively. If changed in this way, this compressive stress can be increased.

なお、積層圧電素子５の挿入方向についての固定部材２の内部寸法の設計値は、この挿入方向についての積層圧電素子５の外形寸法以上であることが望ましく、さらには、この外形寸法と同値であることが望ましい。  It should be noted that the design value of the internal dimension of the fixingmember 2 in the insertion direction of the multilayerpiezoelectric element 5 is preferably equal to or greater than the external dimension of the multilayerpiezoelectric element 5 in the insertion direction. It is desirable to be.

つぎに、積層圧電素子５の構成について詳細に説明する。図３は、積層圧電素子５を構成する圧電素子を模式的に例示する斜視図である。図４は、図３に示す圧電素子の側面を模式的に例示するＡ矢視図である。図３および図４において、圧電素子６は、チタン酸バリウムまたはチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックによって構成される圧電体６ａと、内部正電極６ｂと、内部負電極６ｃとを有する。圧電体６ａには、その上面から所定の一側面にかけて内部正電極６ｂが配置され、圧電体６ａについて内部正電極６ｂと点対称の位置に内部負電極６ｃが配置される。この場合、内部正電極６ｂおよび内部負電極６ｃは、相互に接触しないように配置され、かつ、それぞれ圧電体６ａの三面以上に露出しないように配置される。  Next, the configuration of the laminatedpiezoelectric element 5 will be described in detail. FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating the piezoelectric elements constituting the laminatedpiezoelectric element 5. 4 is a view taken in the direction of arrow A schematically illustrating the side surface of the piezoelectric element shown in FIG. 3 and 4, thepiezoelectric element 6 includes apiezoelectric body 6 a made of a piezoelectric ceramic such as barium titanate or lead zirconate titanate, an internalpositive electrode 6 b, and an internalnegative electrode 6 c. An internalpositive electrode 6b is disposed on thepiezoelectric body 6a from the upper surface to a predetermined side surface, and an internalnegative electrode 6c is disposed on thepiezoelectric body 6a at a point symmetrical with the internalpositive electrode 6b. In this case, the internalpositive electrode 6b and the internalnegative electrode 6c are arranged so as not to contact each other, and are arranged so as not to be exposed on more than three surfaces of thepiezoelectric body 6a.

図５は、積層圧電素子５を分解した状態を模式的に例示する分解斜視図である。図５において、積層圧電素子５は、絶縁材によって構成される保護部材７ａ，７ｂの間に所望数量の圧電素子６が積層された構造を有する。この場合、所望数量の圧電素子６は、隣接する圧電素子６の内部正電極６ｂ同士を合わせるとともに内部負電極６ｃ同士を合わせるように、さらに、各圧電素子６の一側面に露出した内部正電極６ｂ同士が同一列に配置されるとともにその別の一側面に露出した内部負電極６ｃ同士が同一列に配置されるように積層される。また、保護部材７ａ，７ｂは、所望数量積層された圧電素子６の上面または下面に固着され、この上面または下面に露出した内部正電極６ｂまたは内部負電極６ｃを覆う。さらに、所望数量積層された圧電素子６の一側面に露出した内部正電極６ｂ列には外部正電極８ａが配置され、その別の一側面に露出した内部負電極６ｃ列には外部負電極８ｂが配置される。  FIG. 5 is an exploded perspective view schematically illustrating a state where the laminatedpiezoelectric element 5 is disassembled. In FIG. 5, the laminatedpiezoelectric element 5 has a structure in which a desired number ofpiezoelectric elements 6 are laminated betweenprotective members 7a and 7b made of an insulating material. In this case, the desired number ofpiezoelectric elements 6 are further arranged such that the internalpositive electrodes 6b of the adjacentpiezoelectric elements 6 are aligned with each other and the internalnegative electrodes 6c are aligned with each other. 6b are arranged in the same row and the internalnegative electrodes 6c exposed on the other side surface are laminated in the same row. Theprotective members 7a and 7b are fixed to the upper or lower surface of thepiezoelectric elements 6 stacked in a desired quantity, and cover the internalpositive electrode 6b or the internalnegative electrode 6c exposed on the upper or lower surface. Further, an externalpositive electrode 8a is arranged on the row of internalpositive electrodes 6b exposed on one side surface of thepiezoelectric elements 6 stacked in a desired quantity, and an externalnegative electrode 8b is arranged on the row of internalnegative electrodes 6c exposed on the other side surface. Is placed.

図６は、所望数量の圧電素子６、保護部材７ａ，７ｂ、外部正電極８ａ、および外部負電極８ｂを用いて組み立てられた積層圧電素子５を模式的に例示する斜視図である。図６に示すように、積層圧電素子５は、保護部材７ａ，７ｂと１５個の圧電素子６とが上述したように積層され、この積層された圧電素子６の一側面に外部正電極８ａが配置され、その相対する側面に外部負電極８ｂが配置された構造を有する。ここで、積層圧電素子５の各圧電素子６を分極する分極処理が行われた場合、積層圧電素子５は、保護部材７ａ，７ｂに対して垂直な軸方向、すなわち、図６に示す分極方向に分極する。分極処理がなされた積層圧電素子５は、外部正電極８ａおよび外部負電極８ｂを介して電気エネルギーが供給された場合、保護部材７ａ，７ｂに対して垂直な軸方向、すなわち、図６に示す発振方向に超音波振動を出力する。また、保護部材７ａ，７ｂは、上述したように、積層された圧電素子６の上面または下面に露出した内部正電極６ｂまたは内部負電極６ｃを覆い、これによって、保護部材７ａ，７ｂは、共振体１に組み込まれた積層圧電素子５と該共振体１とを絶縁状態にできる。なお、後述する分極処理がなされた積層圧電素子５が、図１に示したように、共振体１の固定部材２内に組み込まれた場合、この積層圧電素子５は、外部正電極８ａおよび外部負電極８ｂを介して電気エネルギーが供給され、所望の超音波振動を共振体１に出力することができる。この場合、積層圧電素子５は、超音波振動子１０の振動発振手段として機能する。  FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating a laminatedpiezoelectric element 5 assembled using a desired number ofpiezoelectric elements 6,protective members 7a and 7b, externalpositive electrode 8a, and externalnegative electrode 8b. As shown in FIG. 6, in the laminatedpiezoelectric element 5, theprotective members 7a and 7b and the 15piezoelectric elements 6 are laminated as described above, and an externalpositive electrode 8a is provided on one side surface of the laminatedpiezoelectric element 6. It has a structure in which the externalnegative electrode 8b is arranged on the opposite side surface. Here, when a polarization process for polarizing eachpiezoelectric element 6 of the laminatedpiezoelectric element 5 is performed, the laminatedpiezoelectric element 5 has an axial direction perpendicular to theprotective members 7a and 7b, that is, the polarization direction shown in FIG. Polarize to. When the laminatedpiezoelectric element 5 subjected to the polarization treatment is supplied with electric energy via the externalpositive electrode 8a and the externalnegative electrode 8b, it is shown in an axial direction perpendicular to theprotective members 7a and 7b, that is, as shown in FIG. Outputs ultrasonic vibration in the oscillation direction. Further, as described above, theprotective members 7a and 7b cover the internalpositive electrode 6b or the internalnegative electrode 6c exposed on the upper surface or the lower surface of the laminatedpiezoelectric element 6, and thereby theprotective members 7a and 7b The laminatedpiezoelectric element 5 incorporated in thebody 1 and theresonator 1 can be insulated. In addition, when the laminatedpiezoelectric element 5 subjected to the polarization process described later is incorporated in the fixingmember 2 of theresonator 1 as shown in FIG. 1, the laminatedpiezoelectric element 5 includes the externalpositive electrode 8a and the externalpositive electrode 8a. Electrical energy is supplied via thenegative electrode 8 b, and desired ultrasonic vibration can be output to theresonator 1. In this case, the laminatedpiezoelectric element 5 functions as vibration oscillation means of theultrasonic transducer 10.

つぎに、超音波振動子１０を製造するまでの各処理工程について詳細に説明する。図７は、加工された共振体１と積層圧電素子５とを用いて超音波振動子１０を製造するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。図７において、所望数量（たとえば１５個）の圧電素子６、保護部材７ａ，７ｂ、外部正電極８ａ、および外部負電極８ｂを用い、上述したように組み立てられた積層圧電素子５に対して、その外部正電極８ａおよび外部負電極８ｂに数ｋＶ／ｃｍ〜数１０ｋＶ／ｃｍの電圧を数時間印加し、積層圧電素子５の各圧電素子６を分極する分極処理を行う（ステップＳ１０１）。この分極処理を行う場合、圧電素子６は、必要に応じて、１００℃〜２００℃程度に加熱される。  Next, each processing step until theultrasonic transducer 10 is manufactured will be described in detail. FIG. 7 is a flowchart for explaining each processing step until theultrasonic transducer 10 is manufactured using the processedresonator 1 and the laminatedpiezoelectric element 5. In FIG. 7, with respect to the laminatedpiezoelectric element 5 assembled as described above using a desired number (for example, 15) ofpiezoelectric elements 6,protective members 7a and 7b, externalpositive electrodes 8a, and externalnegative electrodes 8b, A voltage of several kV / cm to several tens of kV / cm is applied to the externalpositive electrode 8a and the externalnegative electrode 8b for several hours to perform polarization processing for polarizing eachpiezoelectric element 6 of the laminated piezoelectric element 5 (step S101). When performing this polarization treatment, thepiezoelectric element 6 is heated to about 100 ° C. to 200 ° C. as necessary.

一方、共振体１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金を原材料とした機械加工によって製造される。この場合、共振体１は、固定部材２、ホーン３、および処置部４を有するように機械加工され、固定部材２は、上述したように、共振体１が伝達する超音波振動の発振方向について寸法ｃの内部寸法を有し、該発振方向および積層圧電素子５の挿入方向に垂直な方向について寸法ｄの内部寸法を有するように機械加工される。この場合、固定部材２の寸法ｃ，ｄは、上述したように、それぞれ積層圧電素子５の外形寸法である寸法ａ，ｂ以下である。すなわち、この共振体１の機械加工によって、この寸法ｃ，ｄを有する空間２ａが、固定部材２内に形成される（ステップＳ１０２）。なお、共振体１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金を原材料とし、ＭＩＭ（Metal Injection Molding）等による金属成形によって製造することもでき、この場合、固定部材２内の空間２ａは、このＭＩＭ等による金属成形によって実現される。  On the other hand, theresonator 1 is manufactured by machining using a titanium alloy such as Ti-6Al-4V as a raw material. In this case, theresonator 1 is machined so as to have the fixingmember 2, thehorn 3, and thetreatment portion 4, and the fixingmember 2 is in the direction of oscillation of ultrasonic vibration transmitted by theresonator 1, as described above. It is machined to have an internal dimension of dimension c and to have an internal dimension of dimension d in the direction perpendicular to the oscillation direction and the insertion direction of the laminatedpiezoelectric element 5. In this case, the dimensions c and d of the fixingmember 2 are not more than the dimensions a and b, respectively, which are the outer dimensions of the laminatedpiezoelectric element 5 as described above. That is, a space 2a having the dimensions c and d is formed in the fixedmember 2 by machining the resonator 1 (step S102). Theresonator 1 can also be manufactured by metal forming by MIM (Metal Injection Molding) or the like using a titanium alloy such as Ti-6Al-4V as a raw material. In this case, the space 2a in the fixingmember 2 This is realized by metal forming by MIM or the like.

つぎに、共振体１を所定温度以上になるように加熱し、該共振体１を膨張させる（ステップＳ１０３）。この共振体１に対する熱膨張処理によって、固定部材２は膨張し、固定部材２の寸法ｃ，ｄは、積層圧電素子５の寸法ａ，ｂに比して、それぞれ大きくなる。この場合、固定部材２の寸法ｃ，ｄは、積層圧電素子５の寸法ａ，ｂに比して、それぞれ数μｍ〜数１０μｍ程度大きくなればよい。また、共振体１は１５０℃〜２００℃の範囲内の温度になるように加熱されることが望ましい。このことは、上述した分極処理がなされた積層圧電素子５が２００℃以上に加熱保持された場合、この分極処理によって得られた積層電圧素子５の電歪効果が喪失されることに起因する。  Next, theresonator 1 is heated to a predetermined temperature or more to expand the resonator 1 (step S103). Due to the thermal expansion process for theresonator 1, the fixingmember 2 expands, and the dimensions c and d of the fixingmember 2 become larger than the dimensions a and b of the laminatedpiezoelectric element 5, respectively. In this case, the dimensions c and d of the fixingmember 2 may be about several μm to several tens of μm larger than the dimensions a and b of the laminatedpiezoelectric element 5. Further, it is desirable that theresonator 1 is heated to a temperature within the range of 150 ° C to 200 ° C. This is due to the fact that the electrostrictive effect of thelaminated voltage element 5 obtained by this polarization treatment is lost when the laminatedpiezoelectric element 5 subjected to the polarization treatment described above is heated and held at 200 ° C. or higher.

共振体１がステップＳ１０３の熱膨張処理によって膨張した場合、上述した分極処理がなされた積層圧電素子５は、膨張した共振体１の固定部材２内に挿入される（ステップＳ１０４）。この場合、積層圧電素子５は、上述したように、共振体１が伝達する超音波振動の発振方向と積層圧電素子５の発振方向とが一致するように、かつ、外部正電極８ａおよび外部負電極８ｂが固定部材２内から露出するように、固定部材２の空間２ａ内に挿入される。これによって、積層圧電素子５は、共振体１に対する絶縁状態を維持できるとともに、外部正電極８ａおよび外部負電極８ｂを介して積層圧電素子５に電気エネルギーを供給できるように構成できる。なお、積層圧電素子５は、積層圧電素子５の発振方向の中心軸とホーン３および処置部４の中心軸とが一致するように挿入されることが望ましい。  When theresonator 1 is expanded by the thermal expansion process of step S103, the laminatedpiezoelectric element 5 subjected to the polarization process described above is inserted into the fixedmember 2 of the expanded resonator 1 (step S104). In this case, as described above, the multilayerpiezoelectric element 5 has an externalpositive electrode 8a and an external negative electrode so that the oscillation direction of the ultrasonic vibration transmitted by theresonator 1 coincides with the oscillation direction of the multilayerpiezoelectric element 5. Theelectrode 8 b is inserted into the space 2 a of the fixingmember 2 so that theelectrode 8 b is exposed from the inside of the fixingmember 2. As a result, the multilayerpiezoelectric element 5 can be configured to be able to maintain an insulating state with respect to theresonator 1 and to supply electric energy to the multilayerpiezoelectric element 5 via the externalpositive electrode 8a and the externalnegative electrode 8b. The laminatedpiezoelectric element 5 is preferably inserted so that the central axis of the oscillation direction of the laminatedpiezoelectric element 5 coincides with the central axes of thehorn 3 and thetreatment section 4.

その後、固定部材２内に積層圧電素子５が挿入された共振体１を所定温度未満になるように冷却し、ステップＳ１０３によって膨張した共振体１を元の大きさに収縮させる。この場合、固定部材２は、その寸法ｃ，ｄが設計値に戻るように収縮する。この固定部材２の収縮によって、固定部材２は、挿入された積層圧電素子５に対して、積層圧電素子５の発振方向に圧縮応力を印加するとともに、積層圧電素子５の発振方向と挿入方向とに垂直な方向に圧縮応力を印加し、これによって、固定部材２は、ホーン３に積層圧電素子５を押し付けるとともに固定する（ステップＳ１０５）。すなわち、積層圧電素子５は、保護部材７ａ，７ｂが共振体１のホーン３または固定部材２に接触するように、かつ、外部正電極８ａまたは外部負電極８ｂを配置しない側面が挟まれるように、固定部材２内に固定される。なお、この共振体１の冷却処理は、自然空冷によって達成してもよいし、放熱装置等を用いて行ってもよい。この場合、共振体１は、膨張した固定部材２が収縮され、その内部寸法が積層圧電素子５の外形寸法以下になる温度、たとえば常温になるまで冷却されればよい。  Thereafter, theresonator 1 in which the laminatedpiezoelectric element 5 is inserted into the fixingmember 2 is cooled to a temperature lower than a predetermined temperature, and theresonator 1 expanded in step S103 is contracted to the original size. In this case, the fixingmember 2 contracts so that the dimensions c and d return to the design values. Due to the shrinkage of the fixingmember 2, the fixingmember 2 applies a compressive stress to the inserted laminatedpiezoelectric element 5 in the oscillation direction of the laminatedpiezoelectric element 5, and the oscillation direction and insertion direction of the laminatedpiezoelectric element 5 are changed. Compressive stress is applied in a direction perpendicular to the fixingmember 2, whereby the fixingmember 2 presses and fixes the laminatedpiezoelectric element 5 to the horn 3 (step S105). That is, the laminatedpiezoelectric element 5 is such that theprotective members 7a and 7b are in contact with thehorn 3 or the fixingmember 2 of theresonator 1, and the side surface on which the externalpositive electrode 8a or the externalnegative electrode 8b is not disposed is sandwiched. , Fixed in the fixingmember 2. The cooling process of theresonator 1 may be achieved by natural air cooling or may be performed using a heat radiating device or the like. In this case, theresonator 1 may be cooled to a temperature at which the expanded fixingmember 2 is contracted and the internal dimensions thereof are equal to or smaller than the outer dimensions of the multilayerpiezoelectric element 5, for example, room temperature.

ここで、共振体１内に組み込まれた積層圧電素子５が所望の超音波振動を効率よく出力するためには、この積層圧電素子５に対して、その発振方向に圧縮応力を印加することが有効である。このことは、一般に、積層圧電素子の圧縮強度が該積層圧電素子の引張強度よりも１０倍程度大きく、予め積層圧電素子に圧縮応力を印加した場合、この積層圧電素子に印加される引張応力が抑制され、これによって、積層圧電素子の機械的振動耐性が高まることに起因する。  Here, in order for the multilayerpiezoelectric element 5 incorporated in theresonator 1 to output desired ultrasonic vibration efficiently, a compressive stress may be applied to the multilayerpiezoelectric element 5 in its oscillation direction. It is valid. This is because, in general, the compressive strength of a laminated piezoelectric element is about 10 times larger than the tensile strength of the laminated piezoelectric element, and when a compressive stress is applied to the laminated piezoelectric element in advance, the tensile stress applied to the laminated piezoelectric element is This is due to the fact that the mechanical vibration resistance of the laminated piezoelectric element is increased.

また、積層圧電素子５に共振体１を焼き嵌める焼き嵌め処理は、ステップＳ１０３の熱膨張処理からステップＳ１０５による積層圧電素子５の固定処理までの各処理を順次行った場合に達成され、この焼き嵌め処理によって、積層圧電素子５が共振体１内に組み込まれる。この場合、外部正電極８ａおよび外部負電極８ｂを介して積層圧電素子５に電気エネルギーを供給すれば、積層圧電素子５は所望の超音波振動をホーン３に出力し、ホーン３は、積層圧電素子５が出力した超音波振動を増幅するとともに処置部４に伝達する。処置部４は、増幅された超音波振動を被処置体に伝達し、これによって、この被処置体に対する医療処置を達成することができる。  The shrink-fitting process for shrink-fitting theresonator 1 to the laminatedpiezoelectric element 5 is achieved when the processes from the thermal expansion process in step S103 to the fixing process for the laminatedpiezoelectric element 5 in step S105 are sequentially performed. The laminatedpiezoelectric element 5 is incorporated into theresonator 1 by the fitting process. In this case, if electric energy is supplied to the laminatedpiezoelectric element 5 via the externalpositive electrode 8a and the externalnegative electrode 8b, the laminatedpiezoelectric element 5 outputs a desired ultrasonic vibration to thehorn 3, and thehorn 3 The ultrasonic vibration output from theelement 5 is amplified and transmitted to thetreatment section 4. Thetreatment unit 4 transmits the amplified ultrasonic vibration to the treatment object, thereby achieving a medical treatment for the treatment object.

なお、上述した分極処理がなされた積層圧電素子５を共振体１内に組み込む場合、ステップＳ１０１の分極処理は、ステップＳ１０４によって積層圧電素子５が固定部材２内に挿入される前に完了すればよく、望ましくは、この分極処理が完了するまでに要する時間を考慮し、ステップＳ１０３の熱膨張処理が達成される前に完了する。  When the laminatedpiezoelectric element 5 subjected to the polarization process described above is incorporated in theresonator 1, the polarization process in step S101 is completed before the laminatedpiezoelectric element 5 is inserted into the fixedmember 2 in step S104. Well, preferably, considering the time required to complete this polarization process, the process is completed before the thermal expansion process of step S103 is achieved.

図８は、上述したステップＳ１０３の熱膨張処理によって膨張させた共振体１内に積層圧電素子５を挿入した状態を説明する模式図である。図９は、図８に示す共振体１のＢ−Ｂ線断面図である。図８および図９において、積層圧電素子５が、上述したステップＳ１０４の挿入処理によって、膨張した固定部材２内に挿入された場合、積層圧電素子５と固定部材２との間には、積層圧電素子５の発振方向および挿入方向に垂直な方向に空隙ｅ，ｆが生じ、この発振方向に空隙ｇが生じる。この空隙ｅ，ｆおよび空隙ｇは、上述したステップ１０３によって膨張した固定部材２の内部寸法と積層圧電素子５の外形寸法との差である。空隙ｅ，ｆの総和は、膨張した固定部材２の寸法ｃと積層圧電素子５の寸法ａとの差に相当し、たとえば数μｍ〜数１０μｍ程度である。空隙ｇは、膨張した固定部材２の寸法ｄと積層圧電素子５の寸法ｂとの差に相当し、たとえば数μｍ〜数１０μｍ程度である。すなわち、上述したステップＳ１０３によって固定部材２を膨張させた場合、固定部材２の内部寸法と積層圧電素子５の外形寸法との間には、空隙ｅ，ｆの総和に相当する寸法差と空隙ｇに相当する寸法差とが生じ、これによって、積層圧電素子５を固定部材２内に挿入することができる。  FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a state in which the laminatedpiezoelectric element 5 is inserted into theresonator 1 expanded by the thermal expansion process in step S103 described above. FIG. 9 is a cross-sectional view of theresonator 1 shown in FIG. 8 and 9, when the laminatedpiezoelectric element 5 is inserted into the fixedmember 2 that has been expanded by the insertion process in step S104 described above, a laminatedpiezoelectric element 5 is interposed between the laminatedpiezoelectric element 5 and the fixedmember 2. The gaps e and f are generated in the direction perpendicular to the oscillation direction and the insertion direction of theelement 5, and the gap g is generated in the oscillation direction. The gaps e and f and the gap g are differences between the internal dimensions of the fixingmember 2 expanded instep 103 and the external dimensions of the multilayerpiezoelectric element 5. The total sum of the gaps e and f corresponds to the difference between the dimension c of the expanded fixingmember 2 and the dimension a of the laminatedpiezoelectric element 5 and is, for example, about several μm to several tens of μm. The gap g corresponds to a difference between the dimension d of the expanded fixingmember 2 and the dimension b of the laminatedpiezoelectric element 5 and is, for example, about several μm to several tens of μm. That is, when the fixingmember 2 is expanded in the above-described step S103, a dimensional difference corresponding to the sum of the gaps e and f and the gap g between the internal dimension of the fixingmember 2 and the outer dimension of the laminatedpiezoelectric element 5 Therefore, the laminatedpiezoelectric element 5 can be inserted into the fixingmember 2.

図１０は、上述したステップＳ１０５の固定処理を行い、共振体１内に積層圧電素子５を固定した状態を説明する模式図である。図１１は、図１０に示す共振体１のＣ−Ｃ線断面図である。図１０および図１１において、固定部材２内に積層圧電素子５が挿入された共振体１を所定温度未満、たとえば常温になるまで冷却し、膨張した固定部材２を元の大きさに収縮させた場合、固定部材２は、上述した空隙ｅ，ｆおよび空隙ｇを埋めるとともに、積層圧電素子５に圧縮応力を印加する。この場合、固定部材２は、積層圧電素子５の発振方向と挿入方向とに垂直な方向に圧縮応力を印加し、積層圧電素子５の外部正電極８ａまたは外部負電極８ｂが配置されていない側面から積層圧電素子５を挟み込む。さらに、固定部材２は、積層圧電素子５の発振方向に圧縮応力を印加し、積層圧電素子５をホーン３に押し付ける。これによって、積層圧電素子５は、ホーン３に所望の超音波振動を出力できるように、ホーン３に確実に固定される。  FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a state in which the fixing process of step S105 described above is performed and the laminatedpiezoelectric element 5 is fixed in theresonator 1. FIG. 11 is a cross-sectional view of theresonator 1 shown in FIG. 10 and 11, theresonator 1 in which the laminatedpiezoelectric element 5 is inserted into the fixingmember 2 is cooled to a temperature lower than a predetermined temperature, for example, room temperature, and the expanded fixingmember 2 is contracted to the original size. In this case, the fixingmember 2 fills the gaps e and f and the gap g described above and applies a compressive stress to the laminatedpiezoelectric element 5. In this case, the fixingmember 2 applies a compressive stress in a direction perpendicular to the oscillation direction and the insertion direction of the multilayerpiezoelectric element 5, and the side surface on which the externalpositive electrode 8 a or the externalnegative electrode 8 b of the multilayerpiezoelectric element 5 is not disposed. The laminatedpiezoelectric element 5 is sandwiched between the two. Further, the fixingmember 2 applies a compressive stress in the oscillation direction of the multilayerpiezoelectric element 5 and presses the multilayerpiezoelectric element 5 against thehorn 3. Thereby, the laminatedpiezoelectric element 5 is securely fixed to thehorn 3 so that desired ultrasonic vibration can be output to thehorn 3.

一方、超音波振動子１０を製造する場合、予め共振体１を焼き嵌めた積層圧電素子５に対して、上述した分極処理を行うことができる。図１２は、加工された共振体１内に積層圧電素子５を組み込んだ後、この積層圧電素子５に分極処理を行って超音波振動子１０を実現するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。図１２において、共振体１は、上述したステップＳ１０２と同様に、固定部材２、ホーン３、および処置部４を有するように機械加工され、これによって、上述した寸法ｃ，ｄを有する空間２ａが、固定部材２内に形成される（ステップＳ２０１）。  On the other hand, when theultrasonic transducer 10 is manufactured, the above-described polarization process can be performed on the laminatedpiezoelectric element 5 on which theresonator 1 is preliminarily shrink-fitted. FIG. 12 is a flow chart for explaining each processing step from when the laminatedpiezoelectric element 5 is incorporated into the processedresonator 1 to when the laminatedpiezoelectric element 5 is polarized to realize theultrasonic transducer 10. is there. In FIG. 12, theresonator 1 is machined so as to have the fixingmember 2, thehorn 3, and thetreatment portion 4 in the same manner as in step S102 described above, whereby the space 2a having the dimensions c and d described above is formed. Then, it is formed in the fixing member 2 (step S201).

つぎに、空間２ａが形成された共振体１は、上述したステップＳ１０３と同様に、所定温度以上になるように加熱される。これによって、共振体１は膨張し（ステップＳ２０２）、固定部材２の寸法ｃ，ｄは、上述したように、積層圧電素子５の寸法ａ，ｂに比して、それぞれ大きくなる。この場合、共振体１は、分極処理がなされた積層圧電素子５が挿入されていないので、１５０℃〜５００℃の範囲内の温度になるように加熱することができる。これによって、共振体１を加熱膨張させて、固定部材２の寸法ｃ，ｄを積層圧電素子５の寸法ａ，ｂよりも大きくする熱膨張処理を容易に達成することができる。  Next, theresonator 1 in which the space 2a is formed is heated so as to be equal to or higher than a predetermined temperature, similarly to step S103 described above. As a result, theresonator 1 expands (step S202), and the dimensions c and d of the fixingmember 2 become larger than the dimensions a and b of the laminatedpiezoelectric element 5 as described above. In this case, theresonator 1 can be heated to a temperature in the range of 150 ° C. to 500 ° C. because the laminatedpiezoelectric element 5 subjected to the polarization treatment is not inserted. As a result, the thermal expansion process in which theresonator 1 is heated and expanded so that the dimensions c and d of the fixingmember 2 are larger than the dimensions a and b of the laminatedpiezoelectric element 5 can be easily achieved.

共振体１がステップＳ２０２の熱膨張処理によって膨張した場合、分極処理がなされていない積層圧電素子５は、上述したステップＳ１０４と同様に、膨張した固定部材２内に挿入され（ステップＳ２０３）、つぎに、上述したステップＳ１０５と同様に、固定部材２内に積層圧電素子５が挿入された共振体１を冷却して、固定部材２を元の大きさに戻るように収縮させ、これによって、積層圧電素子５を固定部材２内に固定する（ステップＳ２０４）。この場合、固定部材２は、上述したステップＳ１０５の場合と同様に、積層圧電素子５に圧縮応力を印加し、ホーン３に積層圧電素子５を押し付ける。その後、共振体１内に固定された積層圧電素子５に対して、上述したステップＳ１０１と同様に、外部正電極８ａおよび外部負電極８ｂに数ｋＶ／ｃｍ〜数１０ｋＶ／ｃｍの電圧を数時間印加し、積層圧電素子５の各圧電素子６を分極する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０４によって共振体１内に組み込まれた積層圧電素子５に対して分極処理を行った場合、分極処理がなされた積層圧電素子５は、２００℃以上に加熱保持される場合が少なくなり、この分極処理による電歪効果を確実に得ることができる。これによって、所望の超音波振動を確実に出力する超音波振動子を実現でき、出力された超音波振動を被処置体に伝達した場合に、この被処置体に対する医療処置を達成することができる。  When theresonator 1 is expanded by the thermal expansion process in step S202, the laminatedpiezoelectric element 5 that has not been subjected to the polarization process is inserted into the expanded fixingmember 2 in the same manner as in step S104 described above (step S203). Similarly to step S105 described above, theresonator 1 in which the laminatedpiezoelectric element 5 is inserted into the fixingmember 2 is cooled, and the fixingmember 2 is contracted so as to return to the original size. Thepiezoelectric element 5 is fixed in the fixing member 2 (step S204). In this case, the fixingmember 2 applies compressive stress to the laminatedpiezoelectric element 5 and presses the laminatedpiezoelectric element 5 against thehorn 3 in the same manner as in step S105 described above. Thereafter, a voltage of several kV / cm to several tens of kV / cm is applied to the externalpositive electrode 8a and the externalnegative electrode 8b for several hours on the laminatedpiezoelectric element 5 fixed in theresonator 1 in the same manner as in step S101 described above. This is applied to polarize eachpiezoelectric element 6 of the laminated piezoelectric element 5 (step S205). When the polarization process is performed on the laminatedpiezoelectric element 5 incorporated in theresonator 1 in step S204, the polarization process of the laminatedpiezoelectric element 5 is less likely to be held at 200 ° C. or higher. The electrostrictive effect by the polarization treatment can be obtained with certainty. As a result, an ultrasonic transducer that reliably outputs a desired ultrasonic vibration can be realized, and when the output ultrasonic vibration is transmitted to the treatment object, a medical treatment for the treatment object can be achieved. .

なお、超音波振動子１０が可撓性シース等に内蔵される場合、共振体１のフランジ３ａが可撓性シースの外壁等に固定される。したがって、積層圧電素子５の電歪効果によって出力された超音波振動は、積層圧電素子５とホーン３との接触位置、すなわち、フランジ３ａの位置において節を呈し、かつ、処置部４の位置において腹を呈する縦波（定在波）として、超音波振動子１０に伝達される。このため、積層圧電素子から出力された超音波振動が、共振体のホーンと積層圧電素子との接触位置および処置部の位置において腹を呈し、かつ、フランジの位置において節を呈する定在波として超音波振動子に伝達された場合、超音波振動の出力効率を高めることができる。図１３は、この発明の実施の形態１の変形例である超音波振動子の概略構成を例示する模式図である。図１３において、超音波振動子１１は、積層圧電素子５に共振体１２を焼き嵌めた構造を有する。共振体１２は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金によって実現され、上述した共振体１の場合と同様の固定部材２とホーン３と処置部４とを有する。また、共振体１２には、固定部材２とホーン３との間に共振部材１３が設けられる。共振部材１３は、固定部材２内に固定された積層圧電素子５から出力された超音波振動をホーン３に伝達する。ホーン３は、図１３に示すように、共振部材１３から伝達された超音波振動を増幅するとともに、増幅した超音波振動を処置部４に伝達する。この場合、フランジ３ａは、積層圧電素子５が共振部材１３とホーン３とを介して処置部４に出力した超音波振動の節部近傍に設けられる。なお、上述したステップＳ１０１以降の各処理を行った場合、または、上述したステップＳ２０１以上の各処理を行った場合、積層圧電素子５に共振体１２を焼き嵌めた構造を有する超音波振動子１１を製造できる。  In addition, when the ultrasonic transducer |vibrator 10 is incorporated in a flexible sheath etc., theflange 3a of theresonator 1 is fixed to the outer wall etc. of a flexible sheath. Therefore, the ultrasonic vibration output by the electrostrictive effect of the laminatedpiezoelectric element 5 exhibits a node at the contact position between the laminatedpiezoelectric element 5 and thehorn 3, that is, at the position of theflange 3a, and at the position of thetreatment section 4. It is transmitted to theultrasonic transducer 10 as a longitudinal wave (standing wave) that presents an antinode. For this reason, the ultrasonic vibration output from the laminated piezoelectric element is a standing wave that presents an antinode at the contact position between the resonator horn and the laminated piezoelectric element and the position of the treatment section, and presents a node at the flange position. When transmitted to the ultrasonic transducer, the output efficiency of the ultrasonic vibration can be increased. FIG. 13 is a schematic view illustrating the schematic configuration of an ultrasonic transducer that is a modification of the first embodiment of the invention. In FIG. 13, the ultrasonic transducer 11 has a structure in which theresonator 12 is shrink-fitted into the laminatedpiezoelectric element 5. Theresonator 12 is realized by a titanium alloy such as Ti-6Al-4V, and includes the fixingmember 2, thehorn 3, and thetreatment portion 4 similar to those of theresonator 1 described above. Theresonator 12 is provided with a resonance member 13 between the fixedmember 2 and thehorn 3. The resonance member 13 transmits the ultrasonic vibration output from the laminatedpiezoelectric element 5 fixed in the fixingmember 2 to thehorn 3. As shown in FIG. 13, thehorn 3 amplifies the ultrasonic vibration transmitted from the resonance member 13 and transmits the amplified ultrasonic vibration to thetreatment unit 4. In this case, theflange 3 a is provided in the vicinity of the node portion of the ultrasonic vibration that the laminatedpiezoelectric element 5 outputs to thetreatment portion 4 via the resonance member 13 and thehorn 3. In addition, when each process after step S101 mentioned above is performed, or when each process after step S201 mentioned above is performed, the ultrasonic transducer | vibrator 11 which has the structure where theresonator 12 was shrink-fitted in the laminatedpiezoelectric element 5 was carried out. Can be manufactured.

ここで、共振体１２を焼き嵌めた積層圧電素子５が、その電歪効果によって超音波振動を出力した場合、この超音波振動に対応する定在波は、図１３に示すように、積層圧電素子５が共振部材１３と接触する位置と処置部４の位置とにおいて腹を呈し、フランジ３ａの位置において節を呈する。この場合、積層圧電素子５は、フランジ３ａの影響を受けることなく、超音波振動を効率よく出力することができる。したがって、超音波振動子１１は、上述した超音波振動子１０よりも効率的に超音波振動を出力することができる。  Here, when the laminatedpiezoelectric element 5 in which theresonator 12 is shrink-fitted outputs ultrasonic vibration due to its electrostrictive effect, the standing wave corresponding to this ultrasonic vibration is, as shown in FIG. Theelement 5 presents an antinode at the position where theelement 5 comes into contact with the resonance member 13 and the position of thetreatment portion 4, and presents a node at the position of theflange 3a. In this case, the multilayerpiezoelectric element 5 can efficiently output ultrasonic vibration without being affected by theflange 3a. Therefore, the ultrasonic transducer 11 can output ultrasonic vibration more efficiently than theultrasonic transducer 10 described above.

なお、この実施の形態１では、縦断面がコの字形状の枠体によって構成された固定部材内に積層圧電素子を固定した場合を説明したが、この発明は、これに限定されるものではなく、縦断面がＬ字形状の枠体によって構成された固定部材内に積層圧電素子を固定した場合に適用してもよい。ただし、固定部材の横断面がコの字形状またはＬ字形状である場合、積層圧電素子の内部正電極および内部負電極の配置と外部正電極および外部負電極の配置と調整し、固定部材と積層圧電素子との絶縁状態を維持できるように構成すればよい。  In the first embodiment, the case where the laminated piezoelectric element is fixed in the fixing member constituted by a frame having a U-shaped longitudinal section has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the present invention may be applied to a case where the laminated piezoelectric element is fixed in a fixing member constituted by a frame having a L-shaped longitudinal section. However, when the cross-section of the fixing member is U-shaped or L-shaped, the arrangement of the internal positive electrode and the internal negative electrode of the multilayer piezoelectric element and the arrangement of the external positive electrode and the external negative electrode are adjusted. What is necessary is just to comprise so that an insulation state with a laminated piezoelectric element can be maintained.

また、この実施の形態１では、１５個の圧電素子を積層した積層圧電素子を共振体内に組み込んだ場合を例示したが、この発明は、これに限定されるものではなく、所望の電歪効果に応じて、１４個以下の圧電素子または１６個以上の圧電素子を積層した積層圧電素子を共振体内に組み込んだ場合に適用してもよい。  In the first embodiment, the case where a laminated piezoelectric element in which 15 piezoelectric elements are laminated is incorporated in the resonator is illustrated, but the present invention is not limited to this, and a desired electrostrictive effect is obtained. Accordingly, the present invention may be applied to a case where 14 or less piezoelectric elements or a laminated piezoelectric element in which 16 or more piezoelectric elements are stacked is incorporated in a resonator.

以上に説明したように、この実施の形態１では、超音波振動を用いて被処置体に所望の医療処置を行う超音波振動子が、積層圧電素子に共振体を焼き嵌めることによって構成されているので、ボルト等を用いて共振体と積層圧電素子とを螺子締結することなく、共振体内に積層圧電素子を組み込むことができ、これによって、超音波振動子の構造を単純化するとともに共振体のホーンに積層圧電体を確実に固定することができ、共振体の加工処理または成形処理あるいは超音波振動子の製造作業を容易にするとともに、超音波振動子を小型化することができる。  As described above, in the first embodiment, an ultrasonic transducer that performs a desired medical treatment on a body to be treated using ultrasonic vibration is configured by shrink-fitting a resonator to a laminated piezoelectric element. Therefore, it is possible to incorporate the laminated piezoelectric element in the resonator without screwing the resonator and the laminated piezoelectric element using a bolt or the like, thereby simplifying the structure of the ultrasonic vibrator and the resonator. The laminated piezoelectric body can be securely fixed to the horn, the resonator processing or molding process or the manufacturing process of the ultrasonic vibrator can be facilitated, and the ultrasonic vibrator can be miniaturized.

また、この実施の形態１では、共振体に組み込まれた積層圧電素子に対して超音波振動の発振方向に圧縮応力を印加し、該共振体のホーンに該積層圧電素子を押し付けるとともに固定しているので、積層圧電素子が超音波振動を出力する場合に該積層圧電素子に生じる引張応力を抑制して積層圧電素子の機械的振動耐性を高めることができ、これによって、積層圧電素子による超音波振動の出力効率を高めることができ、被処置体に対する医療処置を効率的に行える超音波振動子を実現できる。  In the first embodiment, compressive stress is applied in the oscillation direction of ultrasonic vibration to the laminated piezoelectric element incorporated in the resonator, and the laminated piezoelectric element is pressed and fixed to the horn of the resonator. Therefore, when the laminated piezoelectric element outputs ultrasonic vibration, the tensile stress generated in the laminated piezoelectric element can be suppressed to increase the mechanical vibration resistance of the laminated piezoelectric element. The output efficiency of vibration can be increased, and an ultrasonic transducer capable of efficiently performing medical treatment on a body to be treated can be realized.

さらに、共振体を焼き嵌めた積層圧電素子に対して、この積層圧電素子を構成する各圧電素子を分極する分極処理を行った場合、分極処理がなされた積層圧電素子が２００℃以上に加熱保持される場合を少なくすることができるので、共振体を焼き嵌めた積層圧電素子の電歪効果を確実に得ることができる。  Further, when a polarization process for polarizing each piezoelectric element constituting the multilayer piezoelectric element is performed on the multilayer piezoelectric element on which the resonator is shrink-fitted, the multilayer piezoelectric element subjected to the polarization process is held at 200 ° C. or more. Therefore, the electrostrictive effect of the laminated piezoelectric element in which the resonator is shrink-fitted can be surely obtained.

また、この実施の形態１の変形例では、積層圧電素子から出力された超音波振動に対応する定在波が積層圧電素子のホーン側端部および処置部の位置において腹を呈するように共振体を構成したので、この共振体に組み込まれた積層圧電素子は、該共振体に効率的に超音波振動を出力することができ、これによって、積層圧電素子による超音波振動の出力効率をさらに高めることができる。  Further, in the modification of the first embodiment, the resonator is configured so that the standing wave corresponding to the ultrasonic vibration output from the multilayer piezoelectric element exhibits an antinode at the position of the horn side end portion and the treatment portion of the multilayer piezoelectric element. Therefore, the laminated piezoelectric element incorporated in the resonator can efficiently output ultrasonic vibration to the resonator, thereby further improving the output efficiency of ultrasonic vibration by the laminated piezoelectric element. be able to.

図１４は、この実施の形態１である超音波振動子を用いて構成した内視鏡の一例を模式的に示す一部破断図である。なお、図１４では、この内視鏡の体腔内への挿入側先端を模式的に図示する。図１４において、内視鏡１００は、直径ｈの筒状構造を有し、先端に観察系レンズ１０１が配置された貫通口とチャンネル１０２とが設けられる。チャンネル１０２は、超音波振動子が組み込まれた可撓性シースを挿入する直径ｋの貫通口である。術者は、チャンネル１０２に挿入された可撓性シースを操作し、該可撓性シースに組み込まれた超音波振動子の超音波振動を用いて、生体組織等の被処置体の破砕、乳化、止血等の医療処置を内視鏡観察下で行う。  FIG. 14 is a partially cutaway view schematically showing an example of an endoscope configured using the ultrasonic transducer according to the first embodiment. FIG. 14 schematically shows the distal end of the endoscope on the insertion side into the body cavity. In FIG. 14, an endoscope 100 has a cylindrical structure with a diameter h, and is provided with a through-hole in which anobservation system lens 101 is disposed at a tip and achannel 102. Thechannel 102 is a through-hole having a diameter k into which a flexible sheath incorporating an ultrasonic transducer is inserted. The operator operates the flexible sheath inserted into thechannel 102, and uses the ultrasonic vibration of the ultrasonic vibrator incorporated in the flexible sheath to crush and emulsify the body to be treated such as a living tissue. Medical treatment such as hemostasis is performed under endoscopic observation.

ここで、内視鏡１００が消化器系内視鏡である場合、内視鏡１００の直径ｈは１１ｍｍ程度であり、チャンネル１０２の直径ｋは６ｍｍ程度である。超音波振動子１０は、上述したように、積層圧電素子５に共振体１を焼き嵌めた構造を有しているので、その全長ｎを２５ｍｍ程度にし、かつ、積層圧電素子５の組み込み部分の長さｐを１５ｍｍ程度にすることができ、さらに、フランジ３ａの直径を５ｍｍ以下にすることができる。この超音波振動子１０を可撓性シース１０３に組み込んだ場合、可撓性シース１０３の直径ｍは、５ｍｍ以下に抑えることができる。この場合、消化器系内視鏡である内視鏡１００のチャンネル１０２に超音波振動子１０が組み込まれた可撓性シース１０３を挿入することができ、術者は、消化管内にある被処置体に対して、内視鏡観察下で所望の医療処置を行うことができる。すなわち、この発明によれば、消化管内の被処置体に対して内視鏡観察下で医療処置を行う消化器系内視鏡に好適な小型の超音波振動子を実現することができる。  Here, when the endoscope 100 is a digestive system endoscope, the diameter h of the endoscope 100 is about 11 mm, and the diameter k of thechannel 102 is about 6 mm. As described above, theultrasonic transducer 10 has a structure in which theresonator 1 is shrink-fitted into the laminatedpiezoelectric element 5, so that the total length n is about 25 mm and the built-in portion of the laminatedpiezoelectric element 5 The length p can be about 15 mm, and the diameter of theflange 3a can be 5 mm or less. When theultrasonic transducer 10 is incorporated in theflexible sheath 103, the diameter m of theflexible sheath 103 can be suppressed to 5 mm or less. In this case, theflexible sheath 103 in which theultrasonic transducer 10 is incorporated can be inserted into thechannel 102 of the endoscope 100 that is a digestive system endoscope, and the surgeon can perform the treatment in the digestive tract. A desired medical procedure can be performed on the body under endoscopic observation. That is, according to the present invention, it is possible to realize a small ultrasonic transducer suitable for a digestive system endoscope that performs medical treatment on an object to be treated in the digestive tract under endoscopic observation.

また、内視鏡１００が気管支系内視鏡である場合、内視鏡１００の直径ｈは５ｍｍ程度であり、チャンネル１０２の直径ｋは２ｍｍ程度である。この場合、フランジ３ａの直径を１ｍｍ程度にした超音波振動子１０を構成すれば、この超音波振動子１０が組み込まれた可撓性シース１０３の直径ｍを１ｍｍ程度にすることができ、上述した消化器系内視鏡の場合と同様に、気管支系内視鏡である内視鏡１００のチャンネル１０２に超音波振動子１０が組み込まれた可撓性シース１０３を挿入することができる。これによって、術者は、気管支内にある被処置体に対して、内視鏡観察下で所望の医療処置を行うことができる。すなわち、この発明によれば、気管支内の被処置体に対して内視鏡観察下で医療処置を行う気管支系内視鏡に好適な小型の超音波振動子を実現することもできる。  When the endoscope 100 is a bronchial endoscope, the diameter h of the endoscope 100 is about 5 mm, and the diameter k of thechannel 102 is about 2 mm. In this case, if theultrasonic transducer 10 having a diameter of theflange 3a of about 1 mm is configured, the diameter m of theflexible sheath 103 incorporating theultrasonic transducer 10 can be set to about 1 mm. Similar to the case of the digestive system endoscope, theflexible sheath 103 in which theultrasonic transducer 10 is incorporated can be inserted into thechannel 102 of the endoscope 100 which is a bronchial endoscope. Thus, the surgeon can perform a desired medical procedure on the target object in the bronchus under endoscopic observation. That is, according to the present invention, it is possible to realize a small ultrasonic transducer suitable for a bronchial endoscope that performs medical treatment on an object to be treated in the bronchus while observing the endoscope.

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。上述した実施の形態１では、共振体を焼き嵌めた積層圧電素子に対して超音波振動の発振方向に圧縮応力を印加するようにしていたが、この実施の形態２では、積層圧電素子に対して超音波振動の発振方向に圧縮応力を印加せず、積層圧電素子とホーンとの接触端の他端、すなわち、共振体の後部から積層圧電素子の正電極および負電極を露出するように構成している。(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail. In the first embodiment described above, compressive stress is applied in the oscillation direction of ultrasonic vibration to the laminated piezoelectric element in which the resonator is shrink-fitted. In the second embodiment, the laminated piezoelectric element is applied to the laminated piezoelectric element. The positive and negative electrodes of the multilayer piezoelectric element are exposed from the other end of the contact end of the multilayer piezoelectric element and the horn, that is, the rear part of the resonator, without applying compressive stress in the oscillation direction of the ultrasonic vibration. doing.

図１５は、この発明の実施の形態２である超音波振動子の概略構成を例示する斜視図である。この超音波振動子２０は、実施の形態１である超音波振動子１０を構成する共振体１の固定部材２に代えて、ホーンとの接触と相反する側（後部）を開放した固定部材２２を設け、また、積層圧電素子５に代えて、固定部材２２内に挿入した場合に固定部材２２の後部から正電極および負電極を露出する積層圧電素子２３を用いている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。  FIG. 15 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the invention. In thisultrasonic transducer 20, instead of the fixingmember 2 of theresonator 1 constituting theultrasonic transducer 10 according to the first embodiment, a fixingmember 22 whose side (rear part) opposite to the contact with the horn is opened. Further, instead of the laminatedpiezoelectric element 5, a laminatedpiezoelectric element 23 that exposes the positive electrode and the negative electrode from the rear part of the fixingmember 22 when inserted into the fixingmember 22 is used. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.

固定部材２２は、積層圧電素子２３との接触面がほぼ平らであり、それぞれが対向して配置された固定板２２ａ，２２ｂによって構成され、上述した焼き嵌め処理によって、固定部材２２の空間内に積層圧電素子２３を組み込む。この場合、積層圧電素子２３は、共振体２１が伝達する超音波振動の発振方向と積層圧電素子２３の発振方向とが一致するように、固定板２２ａ，２２ｂに平行な方向から固定部材２２の空間内に挿入される。固定部材２２は、挿入された積層圧電素子２３に対して、積層圧電素子２３の挿入可能な全方向に垂直な方向、すなわち、超音波振動の発振方向に垂直な方向に圧縮応力を印加し、これによって、固定部材２２は、ホーン３に積層圧電素子５を固定する。また、固定部材２２の後部は開放されているので、固定部材２２内に挿入された積層圧電素子２３の正電極および負電極は、固定部材２２の後部から露出される。  The fixingmember 22 has a substantially flat contact surface with the laminatedpiezoelectric element 23, and is constituted by fixingplates 22a and 22b arranged to face each other. By the above-described shrink fitting process, the fixingmember 22 enters the space of the fixingmember 22. The laminatedpiezoelectric element 23 is incorporated. In this case, the laminatedpiezoelectric element 23 is arranged so that the oscillation direction of the ultrasonic vibration transmitted by theresonator 21 and the oscillation direction of the laminatedpiezoelectric element 23 coincide with each other from the direction parallel to the fixingplates 22a and 22b. Inserted into the space. The fixingmember 22 applies a compressive stress to the inserted laminatedpiezoelectric element 23 in a direction perpendicular to all directions in which the laminatedpiezoelectric element 23 can be inserted, that is, a direction perpendicular to the oscillation direction of the ultrasonic vibration, As a result, the fixingmember 22 fixes the laminatedpiezoelectric element 5 to thehorn 3. Further, since the rear portion of the fixingmember 22 is open, the positive electrode and the negative electrode of the laminatedpiezoelectric element 23 inserted into the fixingmember 22 are exposed from the rear portion of the fixingmember 22.

図１６は、超音波振動子２０を共振体２１と積層圧電素子２３とに分解した状態を例示する模式図である。図１６において、積層圧電素子２３は、その外形寸法として、超音波振動の発振方向に垂直な方向について寸法ｓを有する。固定部材２２は、固定板２２ａ，２２ｂによって挟まれる空間２２ｃを形成し、固定部材２２の内部寸法として、固定板２２ａと固定板２２ｂとの距離である寸法ｒを有する。すなわち、空間２２ｃの寸法は、積層圧電素子２３の挿入可能な全方向に垂直な方向について寸法ｒである。ここで、共振体２１の温度が所定温度未満（たとえば常温）である場合、寸法ｒは、固定部材２２の内部寸法の設計値であり、寸法ｒは、積層圧電素子２３の寸法ｓ以下である。一方、共振体２１の温度が所定温度以上（たとえば１５０℃〜５００℃の範囲の温度）である場合、共振体２１が膨張するとともに、固定板２２ａと固定板２２ｂとが相互に離れる方向に変位する。この場合、空間２２ｃは膨張し、寸法ｒは、寸法ｓよりも、たとえば、数μｍ〜数１０μｍ程度大きくなる。すなわち、固定部材２２の寸法ｒが、寸法ｓ以下に設計され、共振体２１を所定温度以上に加熱して空間２２ｃを膨張させた場合に寸法ｓよりも大きくなるように構成すれば、上述した焼き嵌め処理を行うことができる。また、積層圧電素子２３に共振体２１を焼き嵌めた場合に固定部材２２が積層圧電素子２３に印加する圧縮応力は、固定部材２２の内部寸法の設計値を変更することによって調整することができ、たとえば、寸法ｒの設計値を寸法ｓに近づけるように変更すれば、この圧縮応力を小さくでき、寸法ｒの設計値を寸法ｓとの偏差が大きくなるように変更すれば、この圧縮応力を大きくすることができる。  FIG. 16 is a schematic view illustrating a state in which theultrasonic transducer 20 is disassembled into theresonator 21 and the laminatedpiezoelectric element 23. In FIG. 16, the laminatedpiezoelectric element 23 has a dimension s in the direction perpendicular to the oscillation direction of the ultrasonic vibration as its outer dimension. The fixingmember 22 forms aspace 22c sandwiched between the fixingplates 22a and 22b, and has a dimension r which is a distance between the fixingplate 22a and the fixingplate 22b as an internal dimension of the fixingmember 22. That is, the dimension of thespace 22 c is the dimension r in the direction perpendicular to all the directions in which the laminatedpiezoelectric element 23 can be inserted. Here, when the temperature of theresonator 21 is lower than a predetermined temperature (for example, normal temperature), the dimension r is a design value of the internal dimension of the fixingmember 22, and the dimension r is equal to or smaller than the dimension s of the multilayerpiezoelectric element 23. . On the other hand, when the temperature of theresonator 21 is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, a temperature in the range of 150 ° C. to 500 ° C.), theresonator 21 expands and the fixedplate 22a and the fixedplate 22b are displaced in a direction away from each other. To do. In this case, thespace 22c expands, and the dimension r is larger than the dimension s by, for example, about several μm to several tens of μm. That is, if the dimension r of the fixingmember 22 is designed to be equal to or smaller than the dimension s and is configured to be larger than the dimension s when theresonator 21 is heated to a predetermined temperature or more to expand thespace 22c, the above-described configuration is obtained. A shrink fit process can be performed. Further, the compressive stress applied to the laminatedpiezoelectric element 23 by the fixingmember 22 when theresonator 21 is shrink-fitted into the laminatedpiezoelectric element 23 can be adjusted by changing the design value of the internal dimension of the fixingmember 22. For example, if the design value of the dimension r is changed so as to be close to the dimension s, the compressive stress can be reduced, and if the design value of the dimension r is changed so that the deviation from the dimension s is increased, the compressive stress is reduced. Can be bigger.

なお、固定板２２ａ，２２ｂの積層圧電素子２３との接触面の縦寸法および横寸法の設計値は、それぞれ積層圧電素子２３の接触面の縦寸法以上および横寸法以上であることが望ましく、さらには、それぞれ積層圧電素子２３の接触面の縦寸法および横寸法と同値であることが望ましい。  The design values of the vertical and horizontal dimensions of the contact surfaces of the fixingplates 22a and 22b with the laminatedpiezoelectric element 23 are preferably greater than or equal to the vertical and lateral dimensions of the contact surface of the laminatedpiezoelectric element 23, respectively. Are preferably the same as the vertical dimension and the horizontal dimension of the contact surface of the laminatedpiezoelectric element 23, respectively.

つぎに、積層圧電素子２３の構成について詳細に説明する。図１７は、積層圧電素子２３の概略構成を模式的に例示する斜視図である。図１７において、積層圧電素子２３は、チタン酸バリウムまたはチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックによって構成される圧電体２３ａ，２３ｂ、正電極２３ｃ、および負電極２３ｄ，２３ｅを有する。圧電体２３ａ，２３ｂは、正電極２３ｃを介して積層され、負電極２３ｄは、圧電体２３ａの正電極２３ｃ配置面に相反する面に配置され、負電極２３ｅは、圧電体２３ｂの正電極２３ｃ配置面に相反する面に配置される。この場合、正電極２３ｃおよび負電極２３ｅは、積層圧電素子２３の同一側面から、フィン状の電極をそれぞれ突出させている。この正電極２３ｃのフィン状部分および負電極２３ｅのフィン状部分は、積層圧電素子２３が共振体２１内に組み込まれた場合に、固定部材２２の後部から露出する。また、このフィン状の電極が突出する側面と相反する側面において、正電極２３ｃは、圧電体２３ａと圧電体２３ｂとの間にクリアランス２４が存在するように、この側面の内側に配置される。このことは、積層圧電素子２３が共振体２１内に組み込まれた場合、共振体２１を介した正電極２３ｃと負電極２３ｄ，２３ｅとの短絡を防止する。  Next, the configuration of the laminatedpiezoelectric element 23 will be described in detail. FIG. 17 is a perspective view schematically illustrating a schematic configuration of the laminatedpiezoelectric element 23. In FIG. 17, the laminatedpiezoelectric element 23 includespiezoelectric bodies 23a and 23b, apositive electrode 23c, andnegative electrodes 23d and 23e made of a piezoelectric ceramic such as barium titanate or lead zirconate titanate. Thepiezoelectric bodies 23a and 23b are stacked via thepositive electrode 23c, thenegative electrode 23d is disposed on a surface opposite to the surface on which thepositive electrode 23c of thepiezoelectric body 23a is disposed, and thenegative electrode 23e is disposed on thepositive electrode 23c of thepiezoelectric body 23b. It arrange | positions on the surface opposite to an arrangement | positioning surface. In this case, thepositive electrode 23c and thenegative electrode 23e project fin-like electrodes from the same side surface of the laminatedpiezoelectric element 23, respectively. The fin-shaped portion of thepositive electrode 23 c and the fin-shaped portion of thenegative electrode 23 e are exposed from the rear portion of the fixingmember 22 when the laminatedpiezoelectric element 23 is incorporated in theresonator 21. In addition, on the side surface opposite to the side surface from which the fin-like electrode protrudes, thepositive electrode 23c is disposed inside this side surface so that aclearance 24 exists between thepiezoelectric body 23a and thepiezoelectric body 23b. This prevents a short circuit between thepositive electrode 23 c and thenegative electrodes 23 d and 23 e via theresonator 21 when the laminatedpiezoelectric element 23 is incorporated in theresonator 21.

ここで、積層圧電素子２３の圧電体２３ａ，２３ｂを分極する分極処理が行われた場合、積層圧電素子２３は、圧電体２３ａ，２３ｂの積層方向、すなわち、図１７に示す分極方向に分極する。分極処理がなされた積層圧電素子２３は、正電極２３ｃおよび負電極２３ｄ，２３ｅを介して電気エネルギーが供給された場合、正電極２３ｃおよび負電極２３ｅが突出する側面とその相反する側面とを振動する方向、すなわち、図１７に示す発振方向に超音波振動を出力する。なお、分極処理がなされた積層圧電素子２３が、図１５に示したように、共振体２１の固定部材２２内に組み込まれた場合、この積層圧電素子２３は、正電極８ａと、負電極２３ｅ、共振体２１、および負電極２３ｄとを介して電気エネルギーが供給され、所望の超音波振動を共振体２１に出力することができる。この場合、積層圧電素子２３は、超音波振動子２０の振動発振手段として機能する。  Here, when the polarization process for polarizing thepiezoelectric bodies 23a and 23b of the laminatedpiezoelectric element 23 is performed, the laminatedpiezoelectric element 23 is polarized in the lamination direction of thepiezoelectric bodies 23a and 23b, that is, the polarization direction shown in FIG. . When the laminatedpiezoelectric element 23 subjected to polarization treatment is supplied with electric energy through thepositive electrode 23c and thenegative electrodes 23d and 23e, the side surface from which thepositive electrode 23c and thenegative electrode 23e protrude and the opposite side surface vibrate. The ultrasonic vibration is output in the direction to perform, that is, the oscillation direction shown in FIG. When the laminatedpiezoelectric element 23 subjected to the polarization treatment is incorporated in the fixingmember 22 of theresonator 21, as shown in FIG. 15, the laminatedpiezoelectric element 23 includes thepositive electrode 8a and thenegative electrode 23e. Electrical energy is supplied via theresonator 21 and thenegative electrode 23 d, and desired ultrasonic vibration can be output to theresonator 21. In this case, the laminatedpiezoelectric element 23 functions as vibration oscillation means of theultrasonic transducer 20.

つぎに、超音波振動子２０を製造するまでの各処理工程について詳細に説明する。図１８は、加工された共振体２１と積層圧電素子２３とを用いて超音波振動子２０を製造するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。図１８において、圧電体２３ａ，２３ｂ、正電極２３ｃ、および負電極２３ｄ，２３ｅを用い、上述したように組み立てられた積層圧電素子２３に対して、正電極２３ｃおよび負電極２３ｄ，２３ｅに数ｋＶ／ｃｍ〜数１０ｋＶ／ｃｍの電圧を数時間印加し、圧電体２３ａ，２３ｂを分極する分極処理を行う（ステップＳ３０１）。この分極処理を行う場合、圧電体２３ａ，２３ｂは、必要に応じて、１００℃〜２００℃程度に加熱される。  Next, each processing step until theultrasonic transducer 20 is manufactured will be described in detail. FIG. 18 is a flowchart for explaining each processing step until theultrasonic transducer 20 is manufactured using the processedresonator 21 and the laminatedpiezoelectric element 23. In FIG. 18, with respect to the laminatedpiezoelectric element 23 assembled as described above using thepiezoelectric bodies 23a and 23b, thepositive electrode 23c, and thenegative electrodes 23d and 23e, thepositive electrode 23c and thenegative electrodes 23d and 23e are several kV. A voltage of / cm to several tens of kV / cm is applied for several hours to perform polarization processing for polarizing thepiezoelectric bodies 23a and 23b (step S301). When performing this polarization process, thepiezoelectric bodies 23a and 23b are heated to about 100 ° C. to 200 ° C. as necessary.

一方、共振体２１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金を原材料とした機械加工によって製造される。共振体２１は、固定板２２ａ，２２ｂ、ホーン３、および処置部４を有するように機械加工される。この場合、固定板２２ａ，２２ｂは、上述したように、固定板２２ａと固定板２２ｂとの距離が寸法ｒになるように機械加工され、すなわち、固定板２２ａ，２２ｂを備えた固定部材２２は、内部寸法として、固定板２２ａと固定板２２ｂとの距離である寸法ｒを有するように機械加工される。ただし、固定部材２２の寸法ｒは、上述したように、積層圧電素子２３の寸法ｓ以下である。この共振体２１の機械加工によって、寸法ｒを有する空間２２ｃが、固定部材２２内に形成される（ステップＳ３０２）。なお、共振体２１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金を原材料とし、ＭＩＭ等による金属成形によって製造することもでき、この場合、固定部材２２内の空間２２ｃは、このＭＩＭ等による金属成形によって実現される。  On the other hand, theresonator 21 is manufactured by machining using a titanium alloy such as Ti-6Al-4V as a raw material. Theresonator 21 is machined so as to have the fixingplates 22 a and 22 b, thehorn 3, and thetreatment unit 4. In this case, as described above, the fixingplates 22a and 22b are machined so that the distance between the fixingplate 22a and the fixingplate 22b is the dimension r, that is, the fixingmember 22 including the fixingplates 22a and 22b is Then, it is machined to have a dimension r which is a distance between thefixed plate 22a and the fixedplate 22b as an internal dimension. However, the dimension r of the fixingmember 22 is not more than the dimension s of the laminatedpiezoelectric element 23 as described above. By machining theresonator 21, aspace 22c having a dimension r is formed in the fixed member 22 (step S302). Theresonator 21 can be manufactured by using a titanium alloy such as Ti-6Al-4V as a raw material by metal forming using MIM or the like. In this case, thespace 22c in the fixingmember 22 is formed by metal forming using this MIM or the like. It is realized by.

つぎに、共振体２１を所定温度以上になるように加熱し、該共振体２１を膨張させる（ステップＳ３０３）。この共振体２１に対する熱膨張処理によって、固定板２２ａと固定板２２ｂとが、相互に離れる方向に変位し、空間２２ｃの寸法ｒは、積層圧電素子２３の寸法ｓよりも大きくなる。この場合、空間２２ｃの寸法ｒは、積層圧電素子５の寸法ｓよりも、数μｍ〜数１０μｍ程度大きくなればよい。また、ステップＳ３０３において、共振体２１は１５０℃〜２００℃の範囲内の温度になるように加熱されることが望ましい。このことは、上述した分極処理がなされた積層圧電素子２３が２００℃以上に加熱保持された場合、この分極処理によって得られた積層電圧素子２３の電歪効果が喪失されることに起因する。  Next, theresonator 21 is heated to a predetermined temperature or higher to expand the resonator 21 (step S303). Due to the thermal expansion process on theresonator 21, the fixedplate 22 a and the fixedplate 22 b are displaced in directions away from each other, and the dimension r of thespace 22 c becomes larger than the dimension s of the laminatedpiezoelectric element 23. In this case, the dimension r of thespace 22c only needs to be several μm to several tens of μm larger than the dimension s of the multilayerpiezoelectric element 5. In step S303, it is desirable that theresonator 21 is heated to a temperature in the range of 150 ° C. to 200 ° C. This is because the electrostrictive effect of thelaminated voltage element 23 obtained by this polarization treatment is lost when the laminatedpiezoelectric element 23 subjected to the polarization treatment described above is heated and held at 200 ° C. or higher.

空間２２ｃがステップＳ３０３の熱膨張処理によって膨張した場合、ステップＳ３０１の分極処理がなされた積層圧電素子２３は、ホーン３に接触するように、空間２２ｃ内に挿入される（ステップＳ３０４）。この場合、積層圧電素子２３は、上述したように、共振体２１が伝達する超音波振動の発振方向と積層圧電素子２３の発振方向とが一致するように、かつ、正電極２３ｃおよび負電極２３ｅの各フィン状部分が固定部材２２の後部から露出するように、空間２２ｃ内に挿入される。ここで、ステップＳ３０４による挿入処理では、固定板２２ａ，２２ｂに平行な方向から空間２２ｃ内に積層圧電素子２３を挿入できるので、積層圧電素子２３の挿入方向について自由度が増加し、これによって、積層圧電素子２３の挿入処理の容易性を高めることができる。なお、積層圧電素子２３は、積層圧電素子２３の発振方向の中心軸とホーン３および処置部４の中心軸とが一致するように挿入されることが望ましい。  When thespace 22c is expanded by the thermal expansion process of step S303, the laminatedpiezoelectric element 23 subjected to the polarization process of step S301 is inserted into thespace 22c so as to come into contact with the horn 3 (step S304). In this case, as described above, the multilayerpiezoelectric element 23 is configured so that the oscillation direction of the ultrasonic vibration transmitted by theresonator 21 coincides with the oscillation direction of the multilayerpiezoelectric element 23, and thepositive electrode 23c and thenegative electrode 23e. Each fin-shaped portion is inserted into thespace 22 c so as to be exposed from the rear portion of the fixingmember 22. Here, in the insertion process in step S304, since the laminatedpiezoelectric element 23 can be inserted into thespace 22c from the direction parallel to the fixingplates 22a and 22b, the degree of freedom in the insertion direction of the laminatedpiezoelectric element 23 is increased. The ease of the insertion process of the laminatedpiezoelectric element 23 can be enhanced. The laminatedpiezoelectric element 23 is preferably inserted so that the central axis of the oscillation direction of the laminatedpiezoelectric element 23 coincides with the central axes of thehorn 3 and thetreatment section 4.

その後、空間２２ｃ内に積層圧電素子２３が挿入された共振体２１を所定温度未満になるように冷却し、ステップＳ３０３によって膨張した共振体２１を元の大きさに収縮させる。この場合、固定板２２ａ，２２ｂは、寸法ｒが設計値に戻るように変位する。この固定板２２ａ，２２ｂの変位によって、固定部材２２は、ホーン３に接触するように挿入された積層圧電素子２３に対して、積層圧電素子５の挿入可能な全方向に垂直な方向に圧縮応力を印加し、これによって、固定部材２２は、ホーン３と積層圧電素子２３との接触状態を維持するように、積層圧電素子２３を固定する（ステップＳ３０５）。この場合、正電極２３ｃは、共振体２１との非接触状態を維持し、負電極２３ｅは、共振体２１を介して負電極２３ｄと電気的に接続できるようになる。すなわち、積層圧電素子２３を固定部材２２内に固定した場合、超音波振動子２０は、正電極８ａと、負電極２３ｅ、共振体２１、および負電極２３ｄとを介して、積層圧電素子２３に電気エネルギーを供給できるように構成される。なお、この共振体２１の冷却処理は、自然空冷によって達成してもよいし、放熱装置等を用いて行ってもよい。この場合、共振体２１は、固定板２２ａ，２２ｂが元の状態に変位し、固定部材２２の内部寸法が積層圧電素子５の外形寸法以下になる温度、たとえば常温になるまで冷却されればよい。  Thereafter, theresonator 21 in which the laminatedpiezoelectric element 23 is inserted in thespace 22c is cooled to a temperature lower than a predetermined temperature, and theresonator 21 expanded in step S303 is contracted to the original size. In this case, the fixingplates 22a and 22b are displaced so that the dimension r returns to the design value. Due to the displacement of the fixingplates 22 a and 22 b, the fixingmember 22 compresses the laminatedpiezoelectric element 23 inserted in contact with thehorn 3 in a direction perpendicular to all directions in which the laminatedpiezoelectric element 5 can be inserted. Thus, the fixingmember 22 fixes the laminatedpiezoelectric element 23 so as to maintain the contact state between thehorn 3 and the laminated piezoelectric element 23 (step S305). In this case, thepositive electrode 23 c maintains a non-contact state with theresonator 21, and thenegative electrode 23 e can be electrically connected to thenegative electrode 23 d through theresonator 21. That is, when the laminatedpiezoelectric element 23 is fixed in the fixingmember 22, theultrasonic transducer 20 is connected to the laminatedpiezoelectric element 23 via thepositive electrode 8a, thenegative electrode 23e, theresonator 21, and thenegative electrode 23d. Configured to supply electrical energy. The cooling process of theresonator 21 may be achieved by natural air cooling, or may be performed using a heat dissipation device or the like. In this case, theresonator 21 may be cooled to a temperature at which thefixing plates 22a and 22b are displaced to the original state and the internal dimensions of the fixingmember 22 are equal to or smaller than the outer dimensions of the multilayerpiezoelectric element 5, for example, room temperature. .

ここで、積層圧電素子２３に共振体２１を焼き嵌める焼き嵌め処理は、ステップＳ３０３の熱膨張処理からステップＳ３０５による積層圧電素子２３の固定処理までの各処理を順次行った場合に達成され、この焼き嵌め処理によって、積層圧電素子２３が共振体２１内に組み込まれる。この場合、正電極２３ｃおよび負電極２３ｅを介して積層圧電素子２３に電気エネルギーを供給すれば、積層圧電素子２３は所望の超音波振動をホーン３に出力し、ホーン３は、積層圧電素子２３が出力した超音波振動を増幅するとともに処置部４に伝達する。処置部４は、増幅された超音波振動を被処置体に伝達し、これによって、この被処置体に対する医療処置を達成することができる。  Here, the shrink-fitting process for shrink-fitting theresonator 21 to the laminatedpiezoelectric element 23 is achieved when the processes from the thermal expansion process in step S303 to the fixing process for the laminatedpiezoelectric element 23 in step S305 are sequentially performed. The laminatedpiezoelectric element 23 is incorporated into theresonator 21 by the shrink fitting process. In this case, if electric energy is supplied to the laminatedpiezoelectric element 23 via thepositive electrode 23c and thenegative electrode 23e, the laminatedpiezoelectric element 23 outputs a desired ultrasonic vibration to thehorn 3, and thehorn 3 Amplifies the ultrasonic vibration output from the signal and transmits it to thetreatment unit 4. Thetreatment unit 4 transmits the amplified ultrasonic vibration to the treatment object, thereby achieving a medical treatment for the treatment object.

なお、分極処理がなされた積層圧電素子２３を共振体２１内に組み込む場合、ステップＳ３０１の分極処理は、ステップＳ３０４によって積層圧電素子２３が固定部材２２内に挿入される前に完了すればよく、望ましくは、この分極処理が完了するまでに要する時間を考慮し、ステップＳ３０３の熱膨張処理が達成される前に完了する。  When the laminatedpiezoelectric element 23 subjected to the polarization process is incorporated in theresonator 21, the polarization process in step S301 may be completed before the laminatedpiezoelectric element 23 is inserted into the fixedmember 22 in step S304. Desirably, it is completed before the thermal expansion process in step S303 is achieved in consideration of the time required for the polarization process to be completed.

図１９は、上述したステップＳ３０３の熱膨張処理によって膨張させた共振体２１内に積層圧電素子２３を挿入した状態を説明する模式図である。図２０は、図１９に示す共振体２１のＤ−Ｄ線断面図である。図１９および図２０において、積層圧電素子２３が、上述したステップＳ３０４の挿入処理によって、膨張した共振体２１に挿入された場合、積層圧電素子２３と固定板２２ａとの間には空隙ｔが生じ、積層圧電素子２３と固定板２２ｂとの間には空隙ｕが生じる。この空隙ｔ，ｕの総和は、上述したステップ３０３によって変位した固定板２２ａと固定板２２ｂとの距離と積層圧電素子５の外形寸法との差に相当し、この差は、たとえば、数μｍ〜数１０μｍ程度である。すなわち、上述したステップＳ３０３によって共振体２１を膨張させた場合、固定部材２２の内部寸法と積層圧電素子２３の外形寸法との間には、空隙ｔ，ｕの総和に相当する寸法差が生じ、これによって、積層圧電素子２３を共振体２１内に挿入することができる。ただし、積層圧電素子２３は、ホーン３に接触するように共振体２１内に挿入される。  FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a state in which the laminatedpiezoelectric element 23 is inserted into theresonator 21 that has been expanded by the thermal expansion process in step S303 described above. 20 is a cross-sectional view taken along line DD of theresonator 21 shown in FIG. 19 and 20, when the laminatedpiezoelectric element 23 is inserted into the expandedresonator 21 by the insertion process in step S304 described above, a gap t is generated between the laminatedpiezoelectric element 23 and the fixedplate 22a. A gap u is generated between the laminatedpiezoelectric element 23 and the fixedplate 22b. The total sum of the gaps t and u corresponds to the difference between the distance between thefixed plate 22a and the fixedplate 22b displaced by the above-described step 303 and the outer dimension of the laminatedpiezoelectric element 5, and this difference is, for example, several μm to It is about several tens of μm. That is, when theresonator 21 is expanded by the above-described step S303, a dimensional difference corresponding to the sum of the gaps t and u is generated between the internal dimension of the fixingmember 22 and the external dimension of the laminatedpiezoelectric element 23. Thereby, the laminatedpiezoelectric element 23 can be inserted into theresonator 21. However, the laminatedpiezoelectric element 23 is inserted into theresonator 21 so as to contact thehorn 3.

図２１は、上述したステップＳ３０５の固定処理を行い、共振体２１内に積層圧電素子２３を固定した状態を説明する模式図である。図２２は、図２１に示す共振体２１のＥ−Ｅ線断面図である。図２１および図２２において、固定部材２２内に積層圧電素子２３が挿入された共振体２１を所定温度未満、たとえば常温になるまで冷却して該共振体２１を収縮させ、変位した固定板２２ａ，２２ｂを元の状態に戻した場合、固定部材２２は、上述した空隙ｔ，ｕを埋めるとともに、積層圧電素子２３に圧縮応力を印加する。この場合、固定部材２２は、積層圧電素子５の挿入可能な全方向に垂直な方向に圧縮応力を印加し、ホーン３と積層圧電素子２３との接触状態を維持するように、負電極２３ｄ，２３ｅが配置された面から積層圧電素子５を挟み込む。これによって、積層圧電素子２３は、ホーン３に所望の超音波振動を出力できるように、ホーン３に確実に固定される。  FIG. 21 is a schematic diagram for explaining a state in which the fixing process of step S305 described above is performed and the laminatedpiezoelectric element 23 is fixed in theresonator 21. 22 is a cross-sectional view taken along line EE of theresonator 21 shown in FIG. 21 and 22, theresonator 21 in which the laminatedpiezoelectric element 23 is inserted into the fixingmember 22 is cooled to a temperature lower than a predetermined temperature, for example, room temperature, and theresonator 21 is contracted to displace the fixedplate 22a, When 22b is returned to the original state, the fixingmember 22 fills the gaps t and u described above and applies a compressive stress to the laminatedpiezoelectric element 23. In this case, the fixingmember 22 applies a compressive stress in a direction perpendicular to all directions in which the laminatedpiezoelectric element 5 can be inserted, and maintains the contact state between thehorn 3 and the laminatedpiezoelectric element 23. The laminatedpiezoelectric element 5 is sandwiched from the surface on which 23e is disposed. Thereby, the laminatedpiezoelectric element 23 is securely fixed to thehorn 3 so that desired ultrasonic vibration can be output to thehorn 3.

一方、超音波振動子２０を製造する場合、予め共振体２１を焼き嵌めた積層圧電素子２３に対して、上述した分極処理を行うことができる。図２３は、加工された共振体２１内に積層圧電素子２３を組み込んだ後、この積層圧電素子２３に分極処理を行って超音波振動子２０を実現するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。図２３において、共振体２１は、上述したステップＳ３０２と同様に、固定板２２ａ，２２ｂ、ホーン３、および処置部４を有するように機械加工され、これによって、上述した寸法ｒを有する空間２２ｃが、固定部材２２内に形成される（ステップＳ４０１）。  On the other hand, when theultrasonic transducer 20 is manufactured, the above-described polarization process can be performed on the laminatedpiezoelectric element 23 on which theresonator 21 is preliminarily fitted. FIG. 23 is a flowchart for explaining each processing step from when the laminatedpiezoelectric element 23 is incorporated into the processedresonator 21 until theultrasonic transducer 20 is realized by performing polarization processing on the laminatedpiezoelectric element 23. is there. In FIG. 23, theresonator 21 is machined to have the fixingplates 22a and 22b, thehorn 3 and thetreatment section 4 in the same manner as in step S302 described above, whereby thespace 22c having the dimension r described above is formed. Then, it is formed in the fixing member 22 (step S401).

つぎに、空間２２ｃが形成された共振体２１は、上述したステップＳ３０３と同様に、所定温度以上になるように加熱される。これによって、共振体２１は膨張し（ステップＳ４０２）、固定板２２ａと固定板２２ｂとの距離、すなわち、寸法ｒは、上述したように、積層圧電素子２３の寸法ｓよりも大きくなる。この場合、共振体２１は、分極処理がなされた積層圧電素子５が挿入されていないので、１５０℃〜５００℃の範囲内の温度になるように加熱することができる。これによって、共振体２１を加熱膨張させて、固定板２２ａと固定板２２ｂとの距離である寸法ｒを積層圧電素子２３の外形寸法である寸法ｓよりも大きくする熱膨張処理を容易に達成することができる。  Next, theresonator 21 in which thespace 22c is formed is heated so as to be equal to or higher than a predetermined temperature as in step S303 described above. As a result, theresonator 21 expands (step S402), and the distance between thefixed plate 22a and the fixedplate 22b, that is, the dimension r becomes larger than the dimension s of the laminatedpiezoelectric element 23 as described above. In this case, theresonator 21 can be heated to a temperature in the range of 150 ° C. to 500 ° C. because the laminatedpiezoelectric element 5 subjected to the polarization treatment is not inserted. Thus, the thermal expansion process is easily achieved by heating and expanding theresonator 21 so that the dimension r, which is the distance between thefixed plate 22a and the fixedplate 22b, is larger than the dimension s, which is the outer dimension of the laminatedpiezoelectric element 23. be able to.

共振体２１がステップＳ４０２の熱膨張処理によって膨張した場合、分極処理がなされていない積層圧電素子２３は、上述したステップＳ３０４と同様に、空間２２ｃ内に挿入され（ステップＳ４０３）、つぎに、上述したステップＳ３０５と同様に、空間２２ｃ内に積層圧電素子５が挿入された共振体２１を冷却して、固定板２２ａ，２２ｂを元の状態に戻るように変位させ、これによって、積層圧電素子２３を固定部材２２内に固定する（ステップＳ４０４）。この場合、固定部材２２は、上述したステップＳ３０５の場合と同様に、ホーン３と積層圧電素子２３との接触状態を維持するように、積層圧電素子２３に圧縮応力を印加する。その後、共振体２１内に組み込まれた積層圧電素子２３に対して、上述したステップＳ３０１と同様に、正電極２３ｃおよび負電極２３ｅに数ｋＶ／ｃｍ〜数１０ｋＶ／ｃｍの電圧を数時間印加し、積層圧電素子２３の圧電体２３ａ，２３ｂを分極する（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０４によって共振体２１内に組み込まれた積層圧電素子２３に対して分極処理を行った場合、この積層圧電素子２３は、２００℃以上に加熱保持される場合が少なくなり、ステップＳ４０５の分極処理による電歪効果を確実に得ることができる。これによって、所望の超音波振動を確実に出力する超音波振動子を実現でき、出力された超音波振動を被処置体に伝達した場合に、この被処置体に対する医療処置を達成することができる。  When theresonator 21 is expanded by the thermal expansion process of step S402, the laminatedpiezoelectric element 23 that has not been subjected to the polarization process is inserted into thespace 22c (step S403), and then the above-described step S304. Similarly to step S305, theresonator 21 in which the multilayerpiezoelectric element 5 is inserted into thespace 22c is cooled, and the fixingplates 22a and 22b are displaced so as to return to the original state, thereby the multilayerpiezoelectric element 23. Is fixed in the fixing member 22 (step S404). In this case, the fixingmember 22 applies a compressive stress to the laminatedpiezoelectric element 23 so as to maintain the contact state between thehorn 3 and the laminatedpiezoelectric element 23 as in Step S305 described above. After that, a voltage of several kV / cm to several tens of kV / cm is applied to thepositive electrode 23c and thenegative electrode 23e for several hours to the laminatedpiezoelectric element 23 incorporated in theresonator 21 in the same manner as Step S301 described above. Then, thepiezoelectric bodies 23a and 23b of the laminatedpiezoelectric element 23 are polarized (step S405). When the polarization process is performed on the laminatedpiezoelectric element 23 incorporated in theresonator 21 in step S404, the laminatedpiezoelectric element 23 is less likely to be heated and held at 200 ° C. or higher, and the polarization process in step S405 is performed. The electrostrictive effect can be obtained with certainty. As a result, an ultrasonic transducer that reliably outputs a desired ultrasonic vibration can be realized, and when the output ultrasonic vibration is transmitted to the treatment object, a medical treatment for the treatment object can be achieved. .

なお、この実施の形態２では、平面を内側に向かい合わせる２つの固定板によって構成された固定部材内に積層圧電素子を固定した場合を説明したが、この発明は、これに限定されるものではなく、挿入される積層圧電素子の形状に応じ、横断面が弧形状である固定板を用いて構成された固定部材内に積層圧電体を固定してもよいし、横断面が円または楕円あるいはコの字形状の枠体によって構成された固定部材内に積層圧電体を固定してもよい。  In the second embodiment, the case is described in which the laminated piezoelectric element is fixed in a fixing member constituted by two fixing plates whose planes face inward. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the laminated piezoelectric body may be fixed in a fixing member configured using a fixing plate having an arc shape in the cross section according to the shape of the laminated piezoelectric element to be inserted. The laminated piezoelectric body may be fixed in a fixing member constituted by a U-shaped frame.

また、この実施の形態２では、２つの圧電体を積層した積層圧電素子を共振体内に組み込んだ場合を例示したが、この発明は、これに限定されるものではなく、所望の電歪効果に応じて、３つ以上の圧電体を積層した積層圧電素子を共振体内に組み込んだ場合に適用してもよい。  Further, in the second embodiment, the case where a laminated piezoelectric element in which two piezoelectric bodies are laminated is incorporated in a resonator is illustrated, but the present invention is not limited to this, and a desired electrostrictive effect is achieved. Accordingly, the present invention may be applied when a laminated piezoelectric element in which three or more piezoelectric bodies are laminated is incorporated in a resonator.

以上に説明したように、この実施の形態２では、超音波振動の発振方向に垂直な方向から積層圧電素子を挟み込む固定板を有するように共振体を構成しているので、積層圧電素子の挿入方向の自由度が増加し、積層圧電素子に共振体を容易に焼き嵌めることができる。また、積層圧電素子に共振体を焼き嵌めた場合、共振体の後部から積層圧電素子の正電極および負電極を露出させているので、積層圧電素子に電気エネルギーを供給するための配線等が占める体積を小さくできる。したがって、共振体の加工処理または成形処理あるいは超音波振動子の製造作業を容易にするとともに、装置構造の小型化を促進し、消化器系内視鏡または気管支系内視鏡に好適な超音波振動子を容易に実現できる。また、共振体が、上述した実施の形態１の変形例と同様に、ホーンと固定部材との間に共振部材を有するように構成されれば、出力される超音波振動に対応する定在波は、積層圧電素子のホーン側端部および処置部の位置において腹を呈するので、上述した実施の形態１の変形例の場合と同様の作用効果を享受できる。  As described above, in the second embodiment, the resonator is configured to have a fixed plate that sandwiches the laminated piezoelectric element from the direction perpendicular to the oscillation direction of the ultrasonic vibration. The degree of freedom in the direction increases, and the resonator can be easily shrink-fitted into the laminated piezoelectric element. In addition, when the resonator is shrink-fitted into the multilayer piezoelectric element, the positive electrode and the negative electrode of the multilayer piezoelectric element are exposed from the rear part of the resonator, so that wiring for supplying electric energy to the multilayer piezoelectric element occupies it. The volume can be reduced. Accordingly, the processing or molding of the resonator or the manufacturing process of the ultrasonic vibrator is facilitated, the miniaturization of the apparatus structure is promoted, and the ultrasonic wave suitable for the digestive system endoscope or bronchial system endoscope The vibrator can be easily realized. Further, if the resonator is configured to have a resonance member between the horn and the fixed member, as in the modification of the first embodiment described above, the standing wave corresponding to the output ultrasonic vibration Exhibits a belly at the position of the horn side end of the laminated piezoelectric element and the position of the treatment section, so that the same operational effects as those of the modification of the first embodiment described above can be enjoyed.

（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。上述した実施の形態１，２では、積層圧電素子に共振体を焼き嵌めて、共振体内に積層圧電素子が組み込まれた超音波振動子を実現していたが、この実施の形態３では、積層圧電素子を貫通したロッドに共振体を焼き嵌めて、共振体のホーンに積層圧電素子を固定するように構成している。(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail. In the first and second embodiments described above, the resonator is shrink-fitted into the multilayered piezoelectric element to realize the ultrasonic vibrator in which the multilayered piezoelectric element is incorporated in the resonator. A resonator is shrink-fitted on a rod penetrating the piezoelectric element, and the laminated piezoelectric element is fixed to the horn of the resonator.

図２４は、この発明の実施の形態３である超音波振動子の概略構成を例示する斜視図である。この超音波振動子３０は、実施の形態１である超音波振動子１０を構成する共振体１の固定部材２を設けず、ホーン３に代えてホーン３３を設けている。また、積層圧電素子５に代えて円筒形状の積層圧電素子３４を用い、積層圧電素子３４に固定部材３２を配置している。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。  FIG. 24 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an ultrasonic transducer according to the third embodiment of the invention. Thisultrasonic transducer 30 is provided with ahorn 33 instead of thehorn 3 without providing the fixingmember 2 of theresonator 1 constituting theultrasonic transducer 10 according to the first embodiment. Further, instead of the laminatedpiezoelectric element 5, a cylindrical laminatedpiezoelectric element 34 is used, and a fixingmember 32 is disposed on the laminatedpiezoelectric element 34. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.

図２５は、超音波振動子３０を共振体３１と固定部材３２と積層圧電素子３４とに分解した状態を模式的に例示する分解斜視図である。図２５において、共振体３１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金によって実現され、積層圧電素子３４から出力された超音波振動を増幅するホーン３３と、ホーン３３によって増幅された超音波振動を被処置体に伝達して該被処置体に医療処置を行う処置部４とを有する。ホーン３３は、積層圧電素子３４との接触端から先端に向けて徐々にその断面積が小さくなる形状を有し、この接触端の周囲には、フランジ３ａが設けられる。また、ホーン３３の接触端には直径ｙの開口部３３ａが設けられ、ホーン３３の先端には処置部４が設けられる。  FIG. 25 is an exploded perspective view schematically illustrating a state where theultrasonic transducer 30 is disassembled into theresonator 31, the fixingmember 32, and the laminatedpiezoelectric element 34. In FIG. 25, theresonator 31 is realized by a titanium alloy such as Ti-6Al-4V, and ahorn 33 that amplifies the ultrasonic vibration output from the laminatedpiezoelectric element 34, and the ultrasonic vibration amplified by thehorn 33. And atreatment section 4 that transmits the treatment object and performs medical treatment on the treatment object. Thehorn 33 has a shape in which the cross-sectional area gradually decreases from the contact end with the laminatedpiezoelectric element 34 toward the tip, and aflange 3a is provided around the contact end. Anopening 33 a having a diameter y is provided at the contact end of thehorn 33, and thetreatment portion 4 is provided at the tip of thehorn 33.

固定部材３２は、共振体３１と同様の金属材料を用いて実現され、積層圧電素子３４を貫通するロッド３２ｂと、ロッド３２ｂによって貫通した積層圧電素子３４をホーン３３に押し付ける押付部材３２ａとによって構成される。ロッド３２ｂは、ロッド３２ｂが押付部材３２ａの平面に対して直角になるように、押付部材３２ａの平面の中心付近に配置される。また、ロッド３２ｂは、直径ｘを有し、かつ、積層圧電素子３４を貫通した場合に開口部３３ａ内に挿入できる程度の長さに設定される。ここで、ロッド３２ｂの直径ｘは、上述した共振体３１の開口部３３ａの直径ｙ以上に設計され、共振体３１が所定温度以上（たとえば１５０℃〜５００℃の範囲内の温度）に加熱された場合、膨張した開口部３３ａの直径ｙよりも、たとえば、数μｍ〜数１０μｍ程度小さくなる。すなわち、開口部３３ａは、共振体３１が所定温度未満（たとえば常温）の場合、ロッド３２ｂの直径ｘ以下であり、共振体３１が所定温度以上の場合に膨張し、ロッド３２ｂの直径ｘよりも大きくなる。  The fixingmember 32 is realized by using the same metal material as that of theresonator 31, and includes arod 32b that penetrates the laminatedpiezoelectric element 34 and apressing member 32a that presses the laminatedpiezoelectric element 34 that penetrates therod 32b against thehorn 33. Is done. Therod 32b is disposed near the center of the plane of thepressing member 32a so that therod 32b is perpendicular to the plane of thepressing member 32a. Therod 32b has a diameter x and is set to such a length that it can be inserted into theopening 33a when penetrating the laminatedpiezoelectric element 34. Here, the diameter x of therod 32b is designed to be greater than or equal to the diameter y of theopening 33a of theresonator 31 described above, and theresonator 31 is heated to a predetermined temperature or higher (for example, a temperature in the range of 150 ° C. to 500 ° C.). In this case, the diameter y of the expandedopening 33a is, for example, about several μm to several tens μm. That is, theopening 33a is not larger than the diameter x of therod 32b when theresonator 31 is lower than a predetermined temperature (for example, normal temperature), expands when theresonator 31 is higher than the predetermined temperature, and is larger than the diameter x of therod 32b. growing.

積層圧電素子３４は、チタン酸バリウムまたはチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックによって構成される圧電体３４ａと、正電極３４ｂと、負電極３４ｃとをそれぞれ所望数量有する。積層圧電素子３４は、正電極３４ｂが配置された圧電体３４ａと負電極３４ｃが配置された圧電体３４ａとを交互に積層して実現される。この場合、積層圧電素子３４は、正電極３４ｂのフィン状電極と負電極３４ｃのフィン状電極とをそれぞれ側面から露出させている。また、積層圧電素子３４には圧電体３４ａの積層方向に積層圧電素子３４を貫通する貫通口３４ｄが設けられ、貫通口３４ｄは、ロッド３２ｂの直径ｘよりも若干大きい直径を有する。積層圧電素子３４は、貫通口３４ｄにロッド３２ｂを貫通させた場合、その積層構造を維持する。さらに、積層圧電素子３４の各圧電体３４ａを分極する分極処理が行われた場合、積層圧電素子３４は、その積層方向、すなわち、図２５に示す分極方向に分極する。分極処理がなされた積層圧電素子３４は、正電極３４ｂおよび負電極３４ｃを介して電気エネルギーが供給された場合、その積層方向、すなわち、図２５に示す発振方向に超音波振動を出力する。なお、積層圧電素子３４は、圧電体３４ａ、正電極３４ｂ、および負電極３４ｃがそれぞれ固着されていなくてもよい。  The laminatedpiezoelectric element 34 has a desired number ofpiezoelectric bodies 34a made of a piezoelectric ceramic such as barium titanate or lead zirconate titanate, apositive electrode 34b, and anegative electrode 34c. The laminatedpiezoelectric element 34 is realized by alternately laminatingpiezoelectric bodies 34a on whichpositive electrodes 34b are arranged andpiezoelectric bodies 34a on whichnegative electrodes 34c are arranged. In this case, the laminatedpiezoelectric element 34 exposes the fin-like electrode of thepositive electrode 34b and the fin-like electrode of thenegative electrode 34c from the side surfaces. The laminatedpiezoelectric element 34 is provided with a through hole 34d penetrating the laminatedpiezoelectric element 34 in the lamination direction of thepiezoelectric body 34a, and the through hole 34d has a diameter slightly larger than the diameter x of therod 32b. The laminatedpiezoelectric element 34 maintains its laminated structure when therod 32b is passed through the through hole 34d. Further, when a polarization process for polarizing eachpiezoelectric body 34a of the laminatedpiezoelectric element 34 is performed, the laminatedpiezoelectric element 34 is polarized in the lamination direction, that is, the polarization direction shown in FIG. When the laminatedpiezoelectric element 34 subjected to polarization processing is supplied with electric energy via thepositive electrode 34b and thenegative electrode 34c, it outputs ultrasonic vibrations in the lamination direction, that is, the oscillation direction shown in FIG. In the laminatedpiezoelectric element 34, thepiezoelectric body 34a, thepositive electrode 34b, and thenegative electrode 34c may not be fixed to each other.

ここで、超音波振動子３０は、積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂに共振体３１を焼き嵌めた場合に実現される。この場合、積層圧電素子３４の電歪効果によって出力された超音波振動は、ホーン３３によって増幅された後、処置部４に伝達される。すなわち、共振体３１は、上述した積層圧電素子３４の発振方向と同一方向に超音波振動を伝達する。超音波振動子３０は、処置部４を介して被処置体に所望の超音波振動を伝達し、これによって、この被処置体に対する医療処置が達成される。この場合、積層圧電素子３４は、超音波振動子３０の振動発振手段として機能する。  Here, theultrasonic transducer 30 is realized when theresonator 31 is shrink-fitted into therod 32 b that penetrates the laminatedpiezoelectric element 34. In this case, the ultrasonic vibration output by the electrostrictive effect of the laminatedpiezoelectric element 34 is amplified by thehorn 33 and then transmitted to thetreatment unit 4. That is, theresonator 31 transmits ultrasonic vibrations in the same direction as the oscillation direction of the laminatedpiezoelectric element 34 described above. Theultrasonic transducer 30 transmits a desired ultrasonic vibration to the treatment object via thetreatment unit 4, thereby achieving a medical treatment for the treatment object. In this case, the laminatedpiezoelectric element 34 functions as vibration oscillation means of theultrasonic transducer 30.

つぎに、超音波振動子３０を製造するまでの各処理工程について詳細に説明する。図２６は、加工された共振体３１と積層圧電素子３４とを用いて超音波振動子３０を製造するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。図２７は、積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂが、膨張したホーン３３の開口部３３ａ内に挿入される状態を説明する模式図である。図２８は、積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂが、開口部３３ａ内に固定された状態を説明する模式図である。図２６〜２８において、の圧電体３４ａ、正電極３４ｂ、および負電極３４ｃをそれぞれ所望数量用い、上述したように組み立てられた積層圧電素子３４に対して、正電極３４ｂおよび負電極３４ｃに数ｋＶ／ｃｍ〜数１０ｋＶ／ｃｍの電圧を数時間印加し、積層圧電素子３４の各圧電体３４ａを分極する分極処理を行う（ステップＳ５０１）。この分極処理を行う場合、圧電体３４ａは、必要に応じて、１００℃〜２００℃程度に加熱される。  Next, each processing step until theultrasonic transducer 30 is manufactured will be described in detail. FIG. 26 is a flowchart for explaining each processing step until theultrasonic transducer 30 is manufactured using the processedresonator 31 and the laminatedpiezoelectric element 34. FIG. 27 is a schematic diagram illustrating a state in which therod 32b penetrating the laminatedpiezoelectric element 34 is inserted into theopening 33a of the expandedhorn 33. FIG. 28 is a schematic diagram for explaining a state in which therod 32b penetrating the laminatedpiezoelectric element 34 is fixed in the opening 33a. 26 to 28, thepiezoelectric body 34a, thepositive electrode 34b, and thenegative electrode 34c are respectively used in desired numbers, and thepositive electrode 34b and thenegative electrode 34c have several kV with respect to the laminatedpiezoelectric element 34 assembled as described above. A voltage of / cm to several tens of kV / cm is applied for several hours to perform polarization processing for polarizing eachpiezoelectric body 34a of the laminated piezoelectric element 34 (step S501). When performing this polarization treatment, thepiezoelectric body 34a is heated to about 100 ° C. to 200 ° C. as necessary.

一方、共振体３１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金を原材料とした機械加工によって製造される。この場合、共振体３１は、ホーン３３および処置部４を有するように機械加工され、ホーン３３には、上述したように、開口部３３ａおよびフランジ３ａが設けられる。この場合、開口部３３ａの直径ｙは、上述したように、固定部材３２のロッド３２ｂの直径ｘ以下に設定される。また、開口部３３ａの深さ寸法は、積層圧電素子３４を貫通した場合に該積層圧電素子３４から突出するロッド３２ｂの長さ寸法、すなわち、開口部３３ａ内に挿入されるロッド３２ｂの挿入部分の長さ寸法よりも大きく設定される。すなわち、この共振体３１の機械加工によって、直径ｙを有する開口部３３ａが、ホーン３３に形成される（ステップＳ５０２）。なお、共振体３１は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金を原材料とし、ＭＩＭ（Metal Injection Molding）等による金属成形によって製造することもでき、この場合、ホーン３３の開口部３３ａは、このＭＩＭ等による金属成形によって実現される。  On the other hand, theresonator 31 is manufactured by machining using a titanium alloy such as Ti-6Al-4V as a raw material. In this case, theresonator 31 is machined so as to have thehorn 33 and thetreatment section 4, and thehorn 33 is provided with theopening 33a and theflange 3a as described above. In this case, the diameter y of theopening 33a is set to be equal to or smaller than the diameter x of therod 32b of the fixingmember 32 as described above. The depth dimension of theopening 33a is the length dimension of therod 32b protruding from the laminatedpiezoelectric element 34 when penetrating the laminatedpiezoelectric element 34, that is, the insertion portion of therod 32b inserted into theopening 33a. It is set larger than the length dimension. That is, anopening 33a having a diameter y is formed in thehorn 33 by machining the resonator 31 (step S502). Theresonator 31 can be manufactured by using a titanium alloy such as Ti-6Al-4V as a raw material and metal forming by MIM (Metal Injection Molding) or the like. In this case, theopening 33a of thehorn 33 is formed by the MIM. It is realized by metal forming by the method.

つぎに、共振体３１を所定温度以上になるように加熱し、該共振体３１を膨張させる（ステップＳ５０３）。この共振体３１に対する熱膨張処理によって、ホーン３３は膨張し、開口部３３ａの直径ｙは、ロッド３２ｂの直径ｘよりも大きくなる。この場合、開口部３３ａの直径ｙは、ロッド３２ｂの直径ｘよりも数μｍ〜数１０μｍ程度大きくなればよい。また、共振体３１は、１５０℃〜２００℃の範囲内の温度になるように加熱されることが望ましい。このことは、分極処理がなされた積層圧電素子３４が２００℃以上に加熱保持された場合、この分極処理によって得られた積層電圧素子３４の電歪効果が喪失されることに起因する。  Next, theresonator 31 is heated to a predetermined temperature or more to expand the resonator 31 (step S503). Thehorn 33 expands by the thermal expansion process on theresonator 31, and the diameter y of theopening 33a becomes larger than the diameter x of therod 32b. In this case, the diameter y of theopening 33a may be several μm to several tens of μm larger than the diameter x of therod 32b. Moreover, it is desirable that theresonator 31 is heated to a temperature within the range of 150 ° C to 200 ° C. This is because, when the laminatedpiezoelectric element 34 subjected to the polarization treatment is heated and held at 200 ° C. or more, the electrostrictive effect of thelaminated voltage element 34 obtained by the polarization treatment is lost.

ホーン３３がステップＳ５０３の熱膨張処理によって膨張した場合、分極処理がなされた積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂは、図２７に示すように、膨張したホーン３３の開口部３３ａ内に挿入される（ステップＳ５０４）。この場合、ロッド３２ｂは、積層圧電素子３４が固定部材３２の押付部材３２ａとホーン３３とによって挟み込まれるように、開口部３３ａ内に挿入される。ここで、開口部３３ａの深さは、上述したように、ロッド３２ｂの挿入部分の長さ寸法よりも大きく設定されているので、ロッド３２ｂの挿入部分が全て開口部３３ａ内に挿入された場合であっても、開口部３３ａ内のロッド３２ｂ先端側に空隙が生じる。この空隙は、積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂにホーン３３を焼き嵌めた場合に、ホーン３３と積層圧電素子３４との接触が阻害されることを防止する。なお、ロッド３２ｂは、積層圧電素子３４の積層方向の中心軸とホーン３３および処置部４の中心軸とが一致するように挿入されることが望ましい。  When thehorn 33 is expanded by the thermal expansion process in step S503, therod 32b penetrating the laminatedpiezoelectric element 34 subjected to the polarization process is inserted into theopening 33a of the expandedhorn 33 as shown in FIG. (Step S504). In this case, therod 32 b is inserted into the opening 33 a so that the laminatedpiezoelectric element 34 is sandwiched between the pressingmember 32 a of the fixingmember 32 and thehorn 33. Here, as described above, the depth of theopening 33a is set to be larger than the length of the insertion portion of therod 32b, so that the insertion portion of therod 32b is all inserted into theopening 33a. Even so, a gap is formed on the tip end side of therod 32b in theopening 33a. This gap prevents the contact between thehorn 33 and the laminatedpiezoelectric element 34 from being obstructed when thehorn 33 is shrink-fitted into therod 32b penetrating the laminatedpiezoelectric element 34. Therod 32b is preferably inserted so that the central axis in the stacking direction of the multilayerpiezoelectric element 34 coincides with the central axes of thehorn 33 and thetreatment section 4.

その後、図２８に示すように、積層圧電素子３４が、押付部材３２ａを介して印加される圧力によって圧縮されるとともに、共振体３１が、所定温度未満になるように冷却され、これによって、ホーン３３が、開口部３３ａの直径ｙが設計値に戻るように収縮し、開口部３３ａ内に挿入されたロッド３２ｂに圧縮応力を印加する。この場合、ホーン３３および固定部材３２は、積層圧電素子３４に圧縮応力を印加した状態を維持し、ホーン３３は、開口部３３ａ内にロッド３２ｂを固定し、これによって、積層圧電素子３４は、超音波振動の発振方向に圧縮されるとともに、ホーン３３に接するように固定される（ステップＳ５０５）。積層圧電素子３４は、上述したようにホーン３３に固定された場合、その側面から露出した正電極３４ｂおよび負電極３４ｃと共振体３１および固定部材３２とを介して、電気的エネルギーを供給できるように構成される。なお、この共振体３１の冷却処理は、自然空冷によって達成してもよいし、放熱装置等を用いて行ってもよい。この場合、共振体３１は、膨張したホーン３３が収縮し、開口部３３ａの直径ｙがロッド３２ｂの直径ｘ以下になる温度、たとえば常温になるまで冷却されればよい。  Thereafter, as shown in FIG. 28, the laminatedpiezoelectric element 34 is compressed by the pressure applied via the pressingmember 32a, and theresonator 31 is cooled to a temperature lower than a predetermined temperature. 33 contracts so that the diameter y of theopening 33a returns to the design value, and applies a compressive stress to therod 32b inserted into theopening 33a. In this case, thehorn 33 and the fixingmember 32 maintain a state in which compressive stress is applied to the laminatedpiezoelectric element 34, and thehorn 33 fixes therod 32b in theopening 33a. While being compressed in the oscillation direction of the ultrasonic vibration, it is fixed so as to contact the horn 33 (step S505). When the laminatedpiezoelectric element 34 is fixed to thehorn 33 as described above, electrical energy can be supplied through thepositive electrode 34b and thenegative electrode 34c exposed from the side surface, theresonator 31 and the fixingmember 32. Configured. In addition, the cooling process of theresonator 31 may be achieved by natural air cooling, or may be performed using a heat dissipation device or the like. In this case, theresonator 31 may be cooled to a temperature at which the expandedhorn 33 contracts and the diameter y of theopening 33a becomes equal to or less than the diameter x of therod 32b, for example, room temperature.

ここで、積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂに共振体３１を焼き嵌める焼き嵌め処理は、ステップＳ５０３の熱膨張処理からステップＳ５０５による積層圧電素子３４の固定処理までの各処理を順次行った場合に達成され、この焼き嵌め処理によって、積層圧電素子３４が共振体３１と固定部材３２との間に組み込まれる。  Here, the shrink-fitting process in which theresonator 31 is shrink-fitted into therod 32b penetrating the laminatedpiezoelectric element 34 is performed when the processes from the thermal expansion process in step S503 to the fixing process of the laminatedpiezoelectric element 34 in step S505 are sequentially performed. The laminatedpiezoelectric element 34 is incorporated between theresonator 31 and the fixingmember 32 by this shrink fitting process.

図２９は、上述したステップＳ５０５の固定処理を行い、積層圧電素子３４が共振体３１と固定部材３２との間に組み込まれた状態を説明する模式図である。図３０は、図２９に示す超音波振動子３０のＦ−Ｆ線断面図である。図２９および図３０において、積層圧電素子３４は、共振体３１のホーン３３と固定部材３２の押付部材３２ａとによって圧縮応力が印加されるとともに、ホーン３３と押付部材３２ａとの間に挟み込まれる。すなわち、積層圧電素子３４は、ロッド３２ｂに貫通され、かつ、ホーン３３と押付部材３２ａとに圧縮された場合、その積層構造を維持するとともに、ホーン３３に確実に固定される。また、積層圧電素子３４は、側面から正電極３４ｂおよび負電極３４ｃを露出しているので、正電極３４ｂおよび負電極３４ｃを介して積層圧電素子３４に電気エネルギーを供給すれば、積層圧電素子３４は所望の超音波振動をホーン３３に出力し、ホーン３３は、積層圧電素子３４が出力した超音波振動を増幅するとともに処置部４に伝達する。処置部４は、増幅された超音波振動を被処置体に伝達し、これによって、この被処置体に対する医療処置を達成することができる。  FIG. 29 is a schematic diagram for explaining a state in which the fixing process of step S505 described above is performed and the laminatedpiezoelectric element 34 is incorporated between theresonator 31 and the fixingmember 32. 30 is a cross-sectional view of theultrasonic transducer 30 shown in FIG. 29 taken along line FF. 29 and 30, the laminatedpiezoelectric element 34 is sandwiched between thehorn 33 and thepressing member 32a while being applied with compressive stress by thehorn 33 of theresonator 31 and thepressing member 32a of the fixingmember 32. That is, when the laminatedpiezoelectric element 34 penetrates therod 32 b and is compressed by thehorn 33 and the pressingmember 32 a, the laminatedpiezoelectric element 34 maintains the laminated structure and is securely fixed to thehorn 33. Further, since the laminatedpiezoelectric element 34 exposes thepositive electrode 34b and thenegative electrode 34c from the side surface, if electric energy is supplied to the laminatedpiezoelectric element 34 via thepositive electrode 34b and thenegative electrode 34c, the laminatedpiezoelectric element 34 Outputs a desired ultrasonic vibration to thehorn 33, and thehorn 33 amplifies the ultrasonic vibration output from the laminatedpiezoelectric element 34 and transmits it to thetreatment section 4. Thetreatment unit 4 transmits the amplified ultrasonic vibration to the treatment object, thereby achieving a medical treatment for the treatment object.

なお、分極処理がなされた積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂに共振体３１を焼き嵌める場合、ステップＳ５０１の分極処理は、ステップＳ５０４によって積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂが開口部３３ａ内に挿入される前に完了すればよく、望ましくは、この分極処理が完了するまでに要する時間を考慮し、ステップＳ５０３の熱膨張処理が達成される前に完了する。  When theresonator 31 is shrink-fitted into therod 32b that has passed through the laminatedpiezoelectric element 34 that has been subjected to polarization processing, the polarization processing in step S501 is performed so that therod 32b that has penetrated the laminatedpiezoelectric element 34 in step S504 is in theopening 33a. It may be completed before being inserted, and is preferably completed before the thermal expansion process of step S503 is achieved in consideration of the time required to complete this polarization process.

一方、超音波振動子３０を製造する場合、共振体３１と固定部材３２との間に予め組み込まれた積層圧電素子３４に対して、上述した分極処理を行うことができる。図３１は、積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂに共振体３１を焼き嵌め、その後、この積層圧電素子３４に分極処理を行って超音波振動子３０を実現するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。図３１において、共振体３１は、上述したステップＳ５０２と同様に、ホーン３３および処置部４を有するように機械加工され、これによって、上述した直径ｙの開口部３３ａが、ホーン３３に形成される（ステップＳ６０１）。  On the other hand, when theultrasonic transducer 30 is manufactured, the above-described polarization process can be performed on the laminatedpiezoelectric element 34 previously incorporated between theresonator 31 and the fixingmember 32. FIG. 31 illustrates each processing step until theresonator 31 is shrink-fitted into therod 32b penetrating the laminatedpiezoelectric element 34, and thereafter, the laminatedpiezoelectric element 34 is polarized to realize theultrasonic transducer 30. It is a flowchart. In FIG. 31, theresonator 31 is machined to have thehorn 33 and thetreatment section 4 as in step S <b> 502 described above, whereby the opening 33 a having the diameter y described above is formed in thehorn 33. (Step S601).

つぎに、開口部３３ａが形成された共振体３１は、上述したステップＳ５０３と同様に、所定温度以上になるように加熱される。これによって、ホーン３３は膨張し（ステップＳ６０２）、開口部３３ａの直径ｙは、上述したように、ロッド３２ｂの直径ｘよりも大きくなる。この場合、共振体３１は、分極処理がなされた積層圧電素子３４と接触しないので、１５０℃〜５００℃の範囲内の温度になるように加熱することができる。これによって、共振体３１を加熱膨張させて、開口部３３ａの直径ｙをロッド３２ｂの直径ｘよりも大きくする熱膨張処理を容易に達成することができる。  Next, theresonator 31 in which theopening 33a is formed is heated so as to be equal to or higher than a predetermined temperature as in step S503 described above. As a result, thehorn 33 expands (step S602), and the diameter y of theopening 33a becomes larger than the diameter x of therod 32b as described above. In this case, theresonator 31 does not come into contact with the laminatedpiezoelectric element 34 that has been subjected to the polarization treatment, and therefore can be heated to a temperature in the range of 150 ° C. to 500 ° C. As a result, the thermal expansion process in which theresonator 31 is heated and expanded to make the diameter y of theopening 33a larger than the diameter x of therod 32b can be easily achieved.

ホーン３３がステップＳ２０２の熱膨張処理によって膨張した場合、分極処理がなされていない積層圧電素子３４を貫通したロッド３２ｂは、上述したステップＳ５０４と同様に、膨張した開口部３３ａ内に挿入される（ステップＳ６０３）。つぎに、ロッド３２が挿入された共振体３１は、上述したステップＳ５０５と同様に、積層圧電素子３４を圧縮した状態で冷却され、これによって、ホーン３３が、収縮するとともに開口部３３ａ内にロッド３２ｂを固定し、積層圧電素子３４が、ホーン３３に接するように固定される（ステップＳ６０４）。この場合、ホーン３３および固定部材３２は、積層圧電素子３４に対して、超音波振動の発振方向に圧縮応力を印加する。  When thehorn 33 is expanded by the thermal expansion process of step S202, therod 32b penetrating the laminatedpiezoelectric element 34 that has not been subjected to the polarization process is inserted into the expandedopening 33a (step S504 described above) ( Step S603). Next, theresonator 31 in which therod 32 is inserted is cooled in a state where the laminatedpiezoelectric element 34 is compressed, as in step S505 described above, whereby thehorn 33 contracts and the rod is placed in theopening 33a. 32b is fixed, and the laminatedpiezoelectric element 34 is fixed so as to contact the horn 33 (step S604). In this case, thehorn 33 and the fixingmember 32 apply compressive stress to the laminatedpiezoelectric element 34 in the oscillation direction of the ultrasonic vibration.

その後、共振体３１と固定部材３２との間に組み込まれた積層圧電素子３４に対して、上述したステップＳ５０１と同様に、正電極３４ｂおよび負電極３４ｃに数ｋＶ／ｃｍ〜数１０ｋＶ／ｃｍの電圧を数時間印加し、積層圧電素子３４の各圧電体３４ａを分極する（ステップＳ６０５）。ここで、共振体３１と固定部材３２との間に組み込まれた積層圧電素子３４に対して分極処理を行った場合、分極処理がなされた積層圧電素子３４は、２００℃以上に加熱保持される場合が少なくなり、この分極処理による電歪効果を確実に得ることができる。これによって、所望の超音波振動を確実に出力する超音波振動子３０を実現でき、出力された超音波振動を被処置体に伝達した場合に、この被処置体に対する医療処置を達成することができる。  Thereafter, with respect to the laminatedpiezoelectric element 34 incorporated between theresonator 31 and the fixingmember 32, thepositive electrode 34b and thenegative electrode 34c are applied to several kV / cm to several tens kV / cm as in the above-described step S501. A voltage is applied for several hours to polarize eachpiezoelectric body 34a of the laminated piezoelectric element 34 (step S605). Here, when the polarization process is performed on the multilayerpiezoelectric element 34 incorporated between theresonator 31 and the fixingmember 32, the multilayerpiezoelectric element 34 subjected to the polarization process is heated and held at 200 ° C. or higher. The number of cases is reduced, and the electrostrictive effect by this polarization treatment can be obtained with certainty. Accordingly, theultrasonic transducer 30 that reliably outputs desired ultrasonic vibration can be realized, and when the output ultrasonic vibration is transmitted to the treatment object, a medical treatment for the treatment object can be achieved. it can.

なお、この実施の形態３では、円筒形状を有する積層圧電素子をホーンに固定させた場合を示したが、この発明は、これに限定されるものではなく、角柱形状を有する積層圧電素子をホーンに固定した場合に適用してもよい。  In the third embodiment, a case is shown in which a laminated piezoelectric element having a cylindrical shape is fixed to a horn. However, the present invention is not limited to this, and a laminated piezoelectric element having a prismatic shape is used as a horn. You may apply when fixed to.

また、この実施の形態３では、横断面が円形状の開口部およびロッドを用い、該開口部内に該ロッドを挿入した場合を示したが、この発明は、これに限定されるものではなく、開口部およびロッドの各横断面が相似形であればよく、この場合、開口部およびロッドの横断面を楕円または多角形等の各種形状にしてもよい。  Further, in the third embodiment, the case where an opening and a rod having a circular cross section are used and the rod is inserted into the opening is shown, but the present invention is not limited to this, The cross sections of the opening and the rod need only be similar, and in this case, the cross section of the opening and the rod may have various shapes such as an ellipse or a polygon.

以上に説明したように、この実施の形態３では、積層圧電素子を共振体に押し付ける押付部材と積層圧電素子を貫通するロッドとを備えた固定部材が機械加工または金属成形によって製造され、積層圧電素子を貫通したロッドに共振体を焼き嵌めるとともに、該積層圧電素子に対して、超音波振動の発振方向に圧縮応力を印加するように構成しているので、ボルト等を用いて共振体と積層圧電素子とを螺子締結することなく、すなわち、螺子加工を必要としない固定部材と共振体とを用いて、共振体のホーンに積層圧電素子を確実に固定できる。したがって、共振体または固定部材の製造作業を容易にするとともに、超音波振動子の構造を単純化することができ、これによって、消化器系内視鏡または気管支系内視鏡に好適な小型の超音波振動子を実現することができる。  As described above, in the third embodiment, the fixing member including the pressing member that presses the laminated piezoelectric element against the resonator and the rod that penetrates the laminated piezoelectric element is manufactured by machining or metal forming, and the laminated piezoelectric element is manufactured. Since the resonator is shrink-fitted onto the rod that penetrates the element and compressive stress is applied to the laminated piezoelectric element in the oscillation direction of the ultrasonic vibration, it is laminated with the resonator using a bolt or the like. The laminated piezoelectric element can be reliably fixed to the horn of the resonator without screwing the piezoelectric element, that is, using a fixing member and a resonator that do not require screw machining. Accordingly, the manufacturing operation of the resonator or the fixing member can be facilitated, and the structure of the ultrasonic transducer can be simplified, and thereby, a small-sized suitable for a digestive system endoscope or a bronchial system endoscope can be obtained. An ultrasonic transducer can be realized.

また、角柱形状の積層圧電素子よりも超音波振動の出力効率が高い円柱形状の積層圧電素子を共振体のホーンに確実に固定できるので、装置構造の小型化を促進するとともに超音波振動の出力効率を高めた超音波振動子を実現することができる。さらに、共振体が、上述した実施の形態１の変形例と同様に、ホーンと固定部材との間に共振部材を有するように構成されれば、出力される超音波振動に対応する定在波は、積層圧電素子のホーン側端部および処置部の位置において腹を呈するので、超音波振動の出力効率をさらに高めた超音波振動子を実現できる。  In addition, the cylindrical piezoelectric element, which has higher ultrasonic vibration output efficiency than the prism-shaped multilayer piezoelectric element, can be securely fixed to the resonator horn, facilitating downsizing of the device structure and output of ultrasonic vibration. An ultrasonic transducer with improved efficiency can be realized. Furthermore, if the resonator is configured to have a resonance member between the horn and the fixed member, as in the modification of the first embodiment described above, the standing wave corresponding to the output ultrasonic vibration Presents an antinode at the position of the horn side end of the laminated piezoelectric element and the position of the treatment section, so that it is possible to realize an ultrasonic transducer with further improved output efficiency of ultrasonic vibration.

以上のように、この発明では、電歪効果による超音波振動の出力効率を損なうことなく超音波振動子を小型化することができ、消化管内にある被処置体に破砕、乳化、または止血等の各種医療処置を内視鏡観察下で行う消化器系内視鏡、または気管支内にある被処置体に破砕、乳化、または止血等の各種医療処置を内視鏡観察下で行う気管支系内視鏡に適する。  As described above, in the present invention, the ultrasonic transducer can be reduced in size without impairing the output efficiency of the ultrasonic vibration due to the electrostrictive effect, and the object to be treated in the digestive tract is crushed, emulsified, hemostatic, etc. Gastrointestinal endoscope that performs various medical treatments under endoscopic observation, or bronchial system that performs various medical treatments such as crushing, emulsification, or hemostasis under the endoscopic observation on the subject in the bronchi Suitable for endoscope.

この発明の実施の形態１である超音波振動子の概略構成を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates schematic structure of the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 1 of this invention.この発明の実施の形態１である超音波振動子を分解した状態を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the state which decomposed | disassembled the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 1 of this invention.この発明の実施の形態１に用いる積層圧電素子の圧電素子を模式的に例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates typically the piezoelectric element of the laminated piezoelectric element used forEmbodiment 1 of this invention.図３に示す圧電素子の側面を模式的に例示するＡ矢視図である。FIG. 4 is an A arrow view schematically illustrating a side surface of the piezoelectric element shown in FIG. 3.この発明の実施の形態１に用いる積層圧電素子を分解した状態を模式的に例示する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which illustrates typically the state which decomposed | disassembled the laminated piezoelectric element used forEmbodiment 1 of this invention.この発明の実施の形態１に用いる積層圧電素子の概略構成を模式的に例示する斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a schematic configuration of a multilayer piezoelectric element used inEmbodiment 1 of the present invention.この発明の実施の形態１である超音波振動子を製造するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining each process process until manufacturing the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 1 of this invention.この発明の実施の形態１の共振体内に積層圧電素子を挿入した状態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the state which inserted the laminated piezoelectric element in the resonator body ofEmbodiment 1 of this invention.図８に示す共振体のＢ−Ｂ線断面図である。FIG. 9 is a sectional view of the resonator shown in FIG. 8 taken along line BB.この発明の実施の形態１の共振体内に積層圧電素子を固定した状態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the state which fixed the laminated piezoelectric element in the resonator body ofEmbodiment 1 of this invention.図１０に示す共振体のＣ−Ｃ線断面図である。It is CC sectional view taken on the line of the resonator shown in FIG.共振体内に積層圧電素子を組み込んだ後に分極処理を行い、この発明の実施の形態１の超音波振動子を実現する場合の各処理工程を説明するフローチャートである。6 is a flowchart for explaining each processing step when a polarization process is performed after a laminated piezoelectric element is incorporated in a resonator to realize the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention.この発明の実施の形態１の変形例である超音波振動子の概略構成を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates schematic structure of the ultrasonic transducer | vibrator which is a modification ofEmbodiment 1 of this invention.この実施の形態１である超音波振動子を用いて構成した内視鏡の一例を模式的に示す一部破断図である。It is a partially broken figure which shows typically an example of the endoscope comprised using the ultrasonic transducer | vibrator which is thisEmbodiment 1. FIG.この発明の実施の形態２である超音波振動子の概略構成を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates schematic structure of the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 2 of this invention.この発明の実施の形態２である超音波振動子を分解した状態を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the state which decomposed | disassembled the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 2 of this invention.この発明の実施の形態２に用いる積層圧電素子の概略構成を模式的に例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates typically the schematic structure of the laminated piezoelectric element used forEmbodiment 2 of this invention.この発明の実施の形態２である超音波振動子を製造するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining each process process until it manufactures the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 2 of this invention.この発明の実施の形態２の共振体内に積層圧電素子を挿入した状態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the state which inserted the laminated piezoelectric element in the resonator body ofEmbodiment 2 of this invention.図１９に示す共振体のＤ−Ｄ線断面図である。FIG. 20 is a sectional view of the resonator shown in FIG. 19 taken along the line DD.この発明の実施の形態２の共振体内に積層圧電素子を固定した状態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the state which fixed the laminated piezoelectric element in the resonator body ofEmbodiment 2 of this invention.図２１に示す共振体のＥ−Ｅ線断面図である。It is the EE sectional view taken on the line of the resonator shown in FIG.共振体内に積層圧電素子を組み込んだ後に分極処理を行い、この発明の実施の形態２の超音波振動子を実現するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。6 is a flowchart for explaining each processing step from when a laminated piezoelectric element is incorporated into a resonator to a polarization process until the ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention is realized.この発明の実施の形態３である超音波振動子の概略構成を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates schematic structure of the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 3 of this invention.この発明の実施の形態３である超音波振動子を分解した状態を模式的に例示する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which illustrates typically the state which decomposed | disassembled the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 3 of this invention.この発明の実施の形態３である超音波振動子を製造するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining each process process until it manufactures the ultrasonic transducer | vibrator which isEmbodiment 3 of this invention.積層圧電素子を貫通したロッドが開口部内に挿入される状態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the state by which the rod which penetrated the laminated piezoelectric element is inserted into the opening.積層圧電素子を貫通したロッドが開口部内に固定された状態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the state by which the rod which penetrated the laminated piezoelectric element was fixed in the opening part.この発明の実施の形態３共振体と固定部材との間に積層圧電素子が組み込まれた状態を説明する模式図である。Embodiment 3 of this invention is a schematic diagram for explaining a state in which a laminated piezoelectric element is incorporated between a resonator and a fixing member.図２９に示す超音波振動子のＦ−Ｆ線断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view of the ultrasonic transducer shown in FIG. 29 taken along line FF.ロッドに共振体を焼き嵌めた後に分極処理を行い、この発明の実施の形態３の超音波振動子を実現するまでの各処理工程を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining each processing process after performing polarization processing after carrying out shrink fitting of the resonator to a rod, and realizing the ultrasonic vibrator ofEmbodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，１２，２１，３１ 共振体
２，２２，３２ 固定部材
２ａ，２２ｃ 空間
３，３３ ホーン
３ａ フランジ
４ 処置部
５，２３，３４ 積層圧電素子
６ 圧電素子
６ａ，２３ａ，２３ｂ，３４ａ 圧電体
６ｂ 内部正電極
６ｃ 内部負電極
７ａ，７ｂ 保護部材
８ａ 外部正電極
８ｂ 外部負電極
１０，１１，２０，３０ 超音波振動子
１３ 共振部材
２２ａ，２２ｂ 固定板
２３ｃ，３４ｂ 正電極
２３ｄ，２３ｅ，３４ｃ 負電極
２４ クリアランス
３２ａ 押付部材
３２ｂ ロッド
３３ａ 開口部
３４ｄ 貫通口
１００ 内視鏡
１０１ 観察系レンズ
１０２ チャンネル
１０３ 可撓性シース1, 12, 21, 31Resonator 2, 22, 32 Fixingmember 2a,22c Space 3, 33Horn 3a Flange 4Treatment section 5, 23, 34 Laminatedpiezoelectric element 6Piezoelectric element 6a, 23a, 23b,34a Piezoelectric body 6b Internalpositive electrode 6c Internalnegative electrode 7a,7b Protection member 8a Externalpositive electrode 8b Externalnegative electrode 10, 11, 20, 30 Ultrasonic vibrator 13Resonant member 22a,22b Fixing plate 23c,34b Positive electrode 23d, 23e,34c Negative Electrode 24Clearance32a Pressingmember 32b Rod 33a Opening 34d Through hole 100Endoscope 101Observation system lens 102Channel 103 Flexible sheath

Claims (10)

Translated fromJapanese
電歪効果によって超音波振動を発振する振動発振手段と該振動発振手段が発振した超音波振動を増幅する共振体とを有し、該共振体によって増幅された超音波振動を用いて被処置体に対する医療処置を行う超音波振動子において、
前記振動発振手段と前記共振体との焼き嵌めを行って、前記振動発振手段と前記共振体とを一体的に固定することを特徴とする超音波振動子。A vibration oscillating means for oscillating ultrasonic vibrations by an electrostrictive effect and a resonator for amplifying the ultrasonic vibrations oscillated by the vibration oscillating means, and a target object using the ultrasonic vibrations amplified by the resonators In the ultrasonic vibrator that performs medical treatment for
An ultrasonic vibrator characterized in that the vibration oscillating means and the resonator are fixed together by shrink fitting with the vibration oscillating means. 前記共振体は、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の少なくとも発振方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定する固定部材を備え、
前記空間の寸法は、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。The resonator forms a space as an insertion site of the vibration oscillation means, applies a compressive stress in at least the oscillation direction of the ultrasonic vibration to the vibration oscillation means inserted in the space, and the vibration oscillation means A fixing member for fixing
The dimension of the space is less than or equal to the dimension of the vibration oscillating means when the temperature of the fixing member is lower than a predetermined temperature in the direction in which the compressive stress is applied, and the vibration when the temperature of the fixing member is equal to or higher than the predetermined temperature. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is larger than a size of the oscillating means. 前記共振体は、前記振動発振手段の挿入部位である空間を形成し、該空間に挿入した前記振動発振手段に対して前記超音波振動の発振方向に垂直な方向に圧縮応力を印加するとともに前記振動発振手段を固定する固定部材を備え、
前記空間の寸法は、前記圧縮応力の印加方向について、前記固定部材の温度が所定温度未満の場合に前記振動発振手段の寸法以下であり、前記固定部材の温度が所定温度以上の場合に前記振動発振手段の寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。The resonator forms a space as an insertion site of the vibration oscillating means, applies a compressive stress to the vibration oscillating means inserted in the space in a direction perpendicular to the oscillation direction of the ultrasonic vibration, and A fixing member for fixing the oscillation means;
The dimension of the space is less than or equal to the dimension of the vibration oscillating means when the temperature of the fixing member is lower than a predetermined temperature in the direction in which the compressive stress is applied, and the vibration when the temperature of the fixing member is equal to or higher than the predetermined temperature. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is larger than a size of the oscillating means. 前記振動発振手段は、該振動発振手段を貫通するロッドが配置され、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドが前記共振体の開口部に挿入された場合に、前記共振体に前記振動発振手段を固定する固定部材を備え、
前記開口部の寸法は、前記共振体の温度が所定温度未満の場合に前記ロッドの横断面の寸法以下であり、前記共振体の温度が所定温度以上の場合に前記ロッドの横断面の寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。The vibration oscillating means includes a rod penetrating the vibration oscillating means, and when the rod penetrating the vibration oscillating means is inserted into an opening of the resonator, the vibration oscillating means is disposed on the resonator. A fixing member for fixing,
The dimension of the opening is not more than the dimension of the cross section of the rod when the temperature of the resonator is lower than a predetermined temperature, and the dimension of the cross section of the rod when the temperature of the resonator is not less than a predetermined temperature. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is large. 前記所定温度は、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の超音波振動子。  5. The ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the predetermined temperature is a temperature within a range of 150 ° C. or more and 500 ° C. or less. 電歪効果によって超音波振動を発振する振動発振手段と該振動発振手段が発振した超音波振動を増幅する共振体とを有し、該共振体によって増幅された超音波振動を用いて被処置体に対する医療処置を行う超音波振動子の製造方法において、
前記共振体に挿入する前記振動発振手段の全挿入方向に垂直な方向について、前記振動発振手段の外形寸法以下の寸法を有する空間を前記共振体に形成する空間形成工程と、
前記共振体を所定温度以上に加熱し、前記空間の寸法を前記振動発振手段の外形寸法よりも大きくする熱膨張工程と、
前記熱膨張工程によって大きくした前記空間に前記振動発振手段を挿入する挿入工程と、
前記振動発振手段が挿入された前記共振体を前記所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体内に固定する固定工程と、
を含んだことを特徴とする超音波振動子の製造方法。A vibration oscillating means for oscillating ultrasonic vibrations by an electrostrictive effect and a resonator for amplifying the ultrasonic vibrations oscillated by the vibration oscillating means, and a target object using the ultrasonic vibrations amplified by the resonators In the manufacturing method of the ultrasonic vibrator for performing medical treatment for,
A space forming step of forming a space in the resonator having a dimension equal to or smaller than an outer dimension of the vibration oscillating means with respect to a direction perpendicular to a whole insertion direction of the vibration oscillating means inserted into the resonator;
A thermal expansion step in which the resonator is heated to a predetermined temperature or more, and a dimension of the space is made larger than an outer dimension of the vibration oscillation unit;
An insertion step of inserting the vibration oscillation means into the space enlarged by the thermal expansion step;
A fixing step of cooling the resonator in which the vibration oscillating means is inserted below the predetermined temperature, and fixing the vibration oscillating means in the resonator;
A method for manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: 電歪効果によって超音波振動を発振する振動発振手段と該振動発振手段が発振した超音波振動を増幅する共振体とを有し、該共振体によって増幅された超音波振動を用いて被処置体に対する医療処置を行う超音波振動子の製造方法において、
前記振動発振手段を貫通するロッドの横断面寸法以下の寸法を有する開口部を前記共振体に形成する開口部形成工程と、
前記共振体を所定温度以上に加熱し、前記開口部の寸法を前記ロッドの横断面寸法よりも大きくする熱膨張工程と、
前記熱膨張工程によって大きくした前記開口部に対して、前記振動発振手段を貫通した前記ロッドを挿入するとともに前記振動発振手段を前記共振体に接触させる挿入工程と、
前記挿入工程によって前記共振体に接触させた前記振動発振手段を前記共振体に押し付けるとともに前記共振体を所定温度未満に冷却し、前記振動発振手段を前記共振体に固定する固定工程と、
を含んだことを特徴とする超音波振動子の製造方法。A vibration oscillating means for oscillating ultrasonic vibrations by an electrostrictive effect and a resonator for amplifying the ultrasonic vibrations oscillated by the vibration oscillating means, and a target object using the ultrasonic vibrations amplified by the resonators In the manufacturing method of the ultrasonic vibrator for performing medical treatment for,
An opening forming step of forming in the resonator an opening having a dimension equal to or smaller than a cross-sectional dimension of a rod penetrating the vibration oscillating means;
A thermal expansion step in which the resonator is heated to a predetermined temperature or more, and the size of the opening is larger than the cross-sectional size of the rod;
Inserting the rod penetrating the vibration oscillating means into the opening enlarged by the thermal expansion step and bringing the vibration oscillating means into contact with the resonator; and
A fixing step of pressing the vibration oscillating means brought into contact with the resonator by the insertion step against the resonator and cooling the resonator to a temperature lower than a predetermined temperature, and fixing the vibration oscillating means to the resonator;
A method for manufacturing an ultrasonic transducer, comprising: 前記固定工程によって前記共振体に固定された前記振動発振手段を構成する圧電素子に対して分極処理を行う分極工程を含んだことを特徴とする請求項６または７に記載の超音波振動子の製造方法。  The ultrasonic transducer according to claim 6, further comprising a polarization step of performing a polarization process on the piezoelectric element constituting the vibration oscillation unit fixed to the resonator by the fixing step. Production method. 前記挿入工程に用いる前記振動発振手段を構成する圧電素子は、予め分極処理がなされていることを特徴とする請求項６または７に記載の超音波振動子の製造方法。  The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 6 or 7, wherein the piezoelectric element constituting the vibration oscillation means used in the insertion step is subjected to polarization processing in advance. 前記所定温度は、１５０℃以上、５００℃以下の範囲内の温度であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の超音波振動子の製造方法。  10. The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to claim 6, wherein the predetermined temperature is a temperature within a range of 150 ° C. or more and 500 ° C. or less.
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