超聲波振動器件,超聲波振動器件的制造方法以及超聲波醫療裝置制造方法

超聲波振動器件,超聲波振動器件的制造方法以及超聲波醫療裝置制造方法
【專利摘要】超聲波振動器件(2)具備在兩個金屬塊(32、33、39、44(71、72))之間層疊多個壓電單晶元件層(61(73))而成的層疊振子(41)，通過熔點為多個壓電單晶元件層(61(73))的居里點的一半以下的接合金屬(76)，兩個金屬塊(32、33、39、44(71、72))和多個壓電單晶元件層(61(73))分別在層疊方向上被熔融接合，從而能夠實現無鉛、減輕加工成本而變為廉價。
【專利說明】超聲波振動器件，超聲波振動器件的制造方法以及超聲波醫療裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及激勵超聲波振動的超聲波振動器件、該超聲波振動器件的制造方法、具備超聲波振動器件的超聲波醫療裝置。

【背景技術】
[0002]近年來，超聲波醫療裝置中例如有進行生物體組織的凝固或切開處理的超聲波處理工具，該超聲波處理工具中設有發生超聲波振動的超聲波振子。
[0003]以往的超聲波處理工具中，在機頭內，作為超聲波振子(超聲波振動源)，內置有例如JP特開2009 - 220014號公報所示的螺栓緊固蘭杰文(Langevin)振子。對這樣的以往的螺栓緊固蘭杰文振子而言，將電信號變換為機械振動的壓電元件被由金屬部件構成的前塊(front mass)、后塊(back mass)夾住，通過螺栓被牢固地緊固而一體化，整體一體地振動。
[0004]另外，將通過金屬部件夾住壓電元件并通過包括粘接等在內的任一種方法一體化而振動的振子稱作蘭杰文振子，將作為一體化的方法而使用基于螺栓的緊固的振子稱作螺栓緊固蘭杰文振子。作為一般的結構，使用鋯鈦酸鉛(PZTiPb(ZrxJi1I)CB)作為壓電元件，壓電元件的形狀被加工成環狀，螺栓插通到環內部。
[0005]作為這樣的壓電元件的PZT具有高生產性及高電氣機械變換效率，作為壓電材料具有優良的特性，因此長年在超聲波振子、致動器等多種領域中使用。
[0006]但是，PZT使用鉛。因此，從近年來對環境的不良影響的觀點出發，希望使用不使用鉛的無鉛壓電材料。因此，作為無鉛壓電材料且具有較高的電氣機械變換效率的材料，有時使用壓電單晶。該壓電單晶由于加工性不太好，因此為了在蘭杰文振子或螺栓緊固蘭杰文振子中使用，希望有能夠廉價地加工并且容易地進行組裝的方法。
[0007]為了像這樣使用壓電單晶來構成與以往相同形狀的螺栓緊固蘭杰文振子，需要從大尺寸的晶片通過機械加工逐一加工為具有期望的尺寸的環形狀的壓電振子。與從糊劑通過燒結制作的PZT等的陶瓷不同，不能不進行機械加工就自始做成環形狀。并且，壓電單晶的機械加工容易發生材料的焦電性、結晶的劈開性、由脆性引起的破碎等機械加工不良，因此有加工困難、加工成本變高的問題。
[0008]進而，在一個螺栓緊固蘭杰文振子中，需要使用多個加工困難、加工成本高的壓電振子。因此，使用壓電單晶的蘭杰文振子存在成本變得非常高的問題。


【發明內容】

[0009]因此，本發明是鑒于上述情況而作出的，其目的是提供一種減輕無鉛壓電單晶的加工成本而能夠廉價地制作的超聲波振動器件、該超聲波振動器件的制造方法和具備超聲波振動器件的超聲波醫療裝置。
[0010]用于解決問題的手段
[0011]本發明中的一個方式的超聲波振動器件具備在兩個金屬塊之間層疊多個壓電單晶元件層而成的層疊振子；通過熔點為所述多個壓電單晶元件層的居里點的一半以下的接合金屬，至少使所述多個壓電單晶元件層各自在層疊方向上熔融接合。
[0012]此外，本發明中的一個方式的超聲波振動器件的制造方法，所述超聲波振動器件具備在兩個金屬塊之間層疊多個壓電單晶元件層而成的層疊振子，通過熔點為所述多個壓電單晶元件層的居里點的一半以下的接合金屬，至少使所述多個壓電單晶元件層各自在層疊方向上熔融接合，所述超聲波振動器件的制造方法為:將在第I所述金屬塊、多個壓電單晶片以及第2所述金屬塊之間分別設置所述接合金屬而層疊形成的層疊體加熱到所述接合金屬的熔點以上之后，慢慢冷卻，形成通過熔融接合而各層疊材料被一體化而形成的塊體，從所述接合塊體進行機械加工而切出多個柱狀體，在所述柱狀體中的所述第I金屬塊的部分，加工出對超聲波振動進行放大的變幅部。
[0013]進而，本發明中的一個方式的超聲波醫療裝置，具備:超聲波振動器件，具有在兩個金屬塊之間層疊多個壓電單晶元件層而成的層疊振子，通過熔點為所述多個壓電單晶元件層的居里點的一半以下的接合金屬，至少使所述多個壓電單晶元件層各自在層疊方向上熔融接合；以及探頭前端部，傳遞由所述超聲波振動器件產生的超聲波振動，對生物體組織進行處理。
[0014]根據以上記載的本發明，能夠提供減輕無鉛壓電單晶的加工成本而能夠廉價地制造的超聲波振動器件、該超聲波振動器件的制造方法、具備超聲波振動器件的超聲波醫療
目.ο

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是表示本發明的第I實施方式的超聲波醫療裝置的整體結構的剖視圖。
[0016]圖2是表示本發明的第I實施方式的振子單元的整體的概略結構的圖。
[0017]圖3是表示本發明的第I實施方式的其他形態的超聲波醫療裝置的整體結構的剖視圖。
[0018]圖4是表示本發明的第I實施方式的超聲波振子的結構的立體圖。
[0019]圖5是表示本發明的第I實施方式的超聲波振子的結構的剖視圖。
[0020]圖6是表示本發明的第I實施方式的各種層疊材料的結構的剖視圖。
[0021]圖7是表示本發明的第I實施方式的各種層疊材料被接合而成的接合塊體的剖視圖。
[0022]圖8是表示本發明的第I實施方式的各種層疊材料被接合而成的接合塊體的立體圖。
[0023]圖9是表示本發明的第I實施方式的從接合塊體切出的接合柱狀體的立體圖。
[0024]圖10是表示本發明的第I實施方式的接合柱狀體的剖視圖。
[0025]圖11是表示本發明的第I實施方式的從接合柱狀體形成了變幅部(horn)的超聲波振子的立體圖。
[0026]圖12是表示本發明的第I實施方式的超聲波振子的剖視圖。
[0027]圖13是表示本發明的第I實施方式的在電極上連接了 FPC的超聲波振子的立體圖。
[0028]圖14是表示本發明的第I實施方式的在電極上連接了 FPC的超聲波振子的剖視圖。
[0029]圖15是表示本發明的第I實施方式的變形例的各種層疊材料的結構的剖視圖。
[0030]圖16是表示本發明的第2實施方式的各種層疊材料的結構的剖視圖。
[0031]圖17是表示本發明的第2實施方式的在電極上連接了 FPC的超聲波振子的立體圖。
[0032]圖18是表示本發明的第2實施方式的在電極上連接了 FPC的超聲波振子的剖視圖。
[0033]圖19是表不本發明的第3實施方式的超聲波振子的一例的后視圖。
[0034]圖20是表示本發明的第3實施方式的在超聲波振子上形成有兩個平面部的一例的后視圖。
[0035]圖21是表示本發明的第3實施方式的在圖20的電極上連接了 FPC的超聲波振子的立體圖。
[0036]圖22是表示本發明的第3實施方式的在超聲波振子上形成有四個平面部的一例的后視圖。
[0037]圖23是表示本發明的第3實施方式的連接有圖22的FPC的超聲波振子的立體圖。

【具體實施方式】
[0038]以下，利用附圖對本發明進行說明。另外，以下的說明中，應注意基于各實施方式的附圖是示意性的，各部分的厚度與寬度的關系、各部分的厚度的比率等與現實的產品不同，在附圖彼此之間也有包含彼此的尺寸關系、比率不同的部分的情況。
[0039](第I實施方式)
[0040]首先，以下基于附圖對本發明的第I實施方式進行說明。
[0041]圖1是表示超聲波醫療裝置的整體結構的剖視圖，圖2是表示振子單元的整體的概略結構的圖，圖3是表示其他形態的超聲波醫療裝置的整體結構的剖視圖，圖4是表示超聲波振子的結構的立體圖，圖5是表示超聲波振子的結構的剖視圖，圖6是表示各種層疊材料的結構的剖視圖，圖7是表示各種層疊材料被接合而成的接合塊體的剖視圖，圖8是表示各種層疊材料被接合而成的接合塊體的立體圖，圖9是表示從接合塊體切出的接合柱狀體的立體圖，圖10是表示接合柱狀體的剖視圖，圖11是表示從接合柱狀體形成了變幅部的超聲波振子的立體圖，圖12是表示超聲波振子的剖視圖，圖13是表示在電極上連接有FPC的超聲波振子的立體圖，圖14是表示在電極上連接有FPC的超聲波振子的剖視圖，圖15是表示變形例的各種層疊材料的結構的剖視圖。
[0042](超聲波醫療裝置)
[0043]如圖1所示，超聲波醫療裝置I設有具有主要發生超聲波振動的超聲波振子2的振子單元3、以及使用該超聲波振動進行患部的治療的手柄單元4。
[0044]手柄單元4具備操作部5、由長的外套管7構成的插入套部8以及前端處理部30。插入套部8的基端部以能夠沿繞軸方向旋轉的方式安裝于操作部5。前端處理部30設置在插入套部8的前端。手柄單元4的操作部5具有操作部主體9、固定手柄10、可動手柄11以及旋鈕12。操作部主體9與固定手柄10形成為一體。
[0045]在操作部主體9與固定手柄10的連結部形成有用于向背面側插通可動手柄11的縫隙13。可動手柄11的上部穿過縫隙13向操作部主體9的內部伸出。在縫隙13的下側的端部，固定有手柄擋塊14。可動手柄11經由手柄支軸15可轉動地安裝于操作部主體9。另外，隨著可動手柄11以手柄支軸15為中心轉動的動作，可動手柄11相對于固定手柄10進行開閉操作。
[0046]在可動手柄11的上端部設有大致U字狀的連結臂16。此外，插入套部8具有外套管7以及可沿著軸向移動地插通至該外套管7內的操作管17。在外套管7的基端部形成有直徑比前端側部分大的大徑部18。在該大徑部18的周圍安裝旋鈕12。
[0047]在操作管19的外周面，可沿著軸向移動地設有環狀的滑塊20。在滑塊20的后方，經由螺旋彈簧(彈性部件)21配設有固定環22。
[0048]進而，在操作管19的前端部，經由作用銷可轉動地連結有把持部23的基端部。該把持部23與探頭6的前端部31 —起構成超聲波醫療裝置I的處置部。另外，在操作管19沿軸向移動的動作時，把持部23經由作用銷在前后方向上進行推入拉出操作。此時，在操作管19被向手邊側移動操作的動作時，把持部23經由作用銷以支點銷為中心沿順時針方向轉動。由此，把持部23向接近探頭6的前端部31的方向(閉方向)轉動。此時，能夠在單側打開型的把持部23與探頭6的前端部31之間把持生物體組織。
[0049]在像這樣把持了生物體組織的狀態下，從超聲波電源向超聲波振子2供給電力，使超聲波振子2振動。該超聲波振動傳遞至探頭6的前端部31。并且，使用該超聲波振動進行把持在把持部23與探頭6的前端部31之間的生物體組織的治療。
[0050](振子單元)
[0051 ] 這里，對振子單元3進行說明。
[0052]振子單元3如圖2所示，將超聲波振子2和探頭6 —體地組裝而成，該探頭6是傳遞該超聲波振子2產生的超聲波振動的棒狀的振動傳遞部件。
[0053]超聲波振子2與對超聲波振子的振幅進行放大的變幅部32連續設置。變幅部32由硬鋁、不銹鋼或例如64Ti (T1- 6A1 - 4V)等的鈦合金形成。變幅部32形成為隨著朝向前端側而外徑變細的圓錐形狀，在基端外周部形成有外向凸緣33。另外，這里，變幅部32的形狀不限于圓錐形狀，也可以是隨著朝向前端側而外徑按照指數函數變細的指數形狀、隨著朝向前端側而階梯性地變細的臺階形狀等。另外，在外向凸緣33的后方，一體地形成有前塊39。
[0054]探頭6具有例如由64Ti (Ti 一 6A1 一 4V)等的鈦合金形成的探頭主體34。在該探頭主體34的基端部側，配設有與上述的變幅部32連續設置的超聲波振子2。這樣形成了將探頭6與超聲波振子2 —體化的振子單元3。另外，探頭6中，探頭主體34與變幅部32被螺接，探頭主體34與變幅部32被接合。
[0055]并且，超聲波振子2產生的超聲波振動被變幅部32放大之后傳遞至探頭6的前端部31側。在探頭6的前端部31，形成有對生物體組織進行處置的后述的處置部。
[0056]此外，在探頭主體34的外周面，在位于軸向的中途的多處振動節點位置，隔開間隔地安裝有由彈性部件形成為環狀的兩個橡膠襯里(lining)35。并且，通過這些橡膠襯里35，防止探頭主體34的外周面與后述的操作管19接觸。也就是說，在組裝插入套部8時，作為振子一體型探頭的探頭6插入至操作管19的內部。此時，通過橡膠襯里35防止探頭主體34的外周面與操作管19接觸。
[0057]此外，超聲波振子2經由電纜36而與供給用于產生超聲波振動的電流的未圖示的電源裝置主體電連接。通過該電纜36內的布線，從電源裝置主體向超聲波振子2供給電力，由此驅動超聲波振子2。另外，振子單元3具備產生超聲波振動的超聲波振子2、對所產生的超聲波振動進行放大的變幅部32、以及傳遞放大后的超聲波振動的探頭6。
[0058]另外，超聲波振子2和振子單元3不一定需要如圖1所示收納在操作部主體9內，例如，也可以如圖3所示收納在操作管19內。該圖3的超聲波醫療裝置I中，位于從超聲波振子2的防折件52開始直到在操作部主體9的基部配設的連接器38之間的電纜36插通至金屬管37中而被收納。這里，連接器38不是必須的，也可以構成為將電纜36延長至操作部主體9內部，并直接與超聲波振子2的防折件52連接。超聲波醫療裝置I通過如圖3的結構，能夠進一步提高操作部主體9內的省空間化。另外，圖3的作為超聲波醫療裝置I的功能與圖1相同，因此省略詳細的說明。
[0059](超聲波振子)
[0060]這里，以下說明作為本發明的超聲波振動器件的超聲波振子2。
[0061]振子單元3的超聲波振子2如圖4及圖5所示構成為，從前端起依次具有與振動傳遞部件之一的探頭主體34螺接等而被連接的變幅部32、在該變幅部32的后方連續設置的層疊振子41、以及從變幅部32的基端至電纜36為止覆蓋層疊振子41的罩體51。另外，覆蓋層疊振子41的罩體51在基端部分具有防折件52，所述防折件52覆蓋至通過焊料等而與作為通電部的兩個FPC (撓性基板)47、48的接點焊盤電連接的、從電纜36伸出的布線36a、36b0
[0062]層疊振子41在前后配設有絕緣層42、43，前方側經由絕緣層42接合于與金屬塊體的變幅部32 —體形成的圓柱狀的前塊39，后方側經由絕緣層43接合于圓柱狀的金屬塊體的后塊44。另外，前塊39以及后塊44由硬鋁、不銹鋼或例如64Ti(Ti — 6A1 — 4V)等的鈦合金形成。
[0063]層疊振子41中，作為由具有耐熱性的無鉛壓電單晶板形成的壓電層，層疊有多個這里為4個壓電單晶元件層61。在這些壓電單晶元件層61的兩端以及彼此之間，交替地夾裝正電極層62以及負電極層63。
[0064](超聲波振子的制造方法)
[0065]以下基于附圖對超聲波振子2的制造方法進行說明。
[0066]在制造超聲波振子2時，首先，如圖6所示準備變幅部用金屬71、后塊用金屬72、多個這里為四個壓電材料晶片73、以及兩個絕緣板74。另外，作為變幅部用金屬71以及后塊用金屬72，如上所述使用硬鋁、鈦合金、不銹鋼等的大致圓柱狀的金屬塊體。
[0067]這里的壓電材料晶片73由居里點高的大致圓板狀的鈮酸鋰(LiNb03)形成。此外，兩個絕緣板74使用形成為大致圓板狀的陶瓷等的絕緣體。
[0068]在這些變幅部用金屬71以及后塊用金屬72各自的一面、壓電材料晶片73的兩面以及各絕緣板74的兩面，將基底金屬75成膜。作為該基底金屬75，使用Ti/Ni/Au、Cr/Ni/Au、Cr/Ni/Pd/Au等，在壓電材料晶片(wafer) 73的兩面以及各絕緣板74的兩面通過蒸鍍、噴濺、鍍金等的方法成膜為金屬膜。
[0069]并且，在后塊用金屬72的基底金屬75上、各壓電材料晶片73的一面側的基底金屬75上以及各絕緣板74的一面側的基底金屬75上，通過絲網印刷而設置AuSn共晶焊料或一般的無鉛焊料的接合金屬76。
[0070]接著，使用這些材料，從超聲波振子2的作為基端側的紙面的下方側起依次層疊后塊用金屬72、以接合金屬76為上方的一方的絕緣板74、以接合金屬76為上方的四個壓電材料晶片73、以接合金屬76為上方的另一方的絕緣板74、以基底金屬75為下方的變幅部用金屬71。此時，以四個壓電材料晶片73的結晶的上下面在相鄰的各晶片之間交替地反轉的方式層疊。即，接合金屬76被絲網印刷在四個壓電材料晶片73之中的、兩個壓電材料晶片73的結晶的上表面側和兩個壓電材料晶片73的結晶的下面側，如上所述，以四個壓電材料晶片73的結晶的上下面在相鄰的晶片之間交替地反轉的方式層疊。
[0071]將像這樣由各材料層疊而成的層疊體加熱至各接合金屬76熔融的溫度，例如200°C?300°C左右之后，慢慢冷卻，從紙面中的上方起變幅部用金屬71、一方的絕緣板74、四個壓電材料晶片73、另一方的絕緣板74以及后塊用金屬72分別通過接合金屬76的熔融而在層疊方向上被接合。另外，基底金屬75顯現各材料的良好的密接性以及接合金屬76熔融時的良好的浸潤性，因此各材料穩定地被接合。
[0072]這樣，如圖7及圖8所示，形成以在各壓電材料晶片73以及各絕緣板74之間層疊接合金屬76的方式一體化的、這里為大致圓柱狀的接合塊體80。此外，在上述的加熱時，根據需要從接合塊體80的前端側(紙面中的上部側)、即變幅部用金屬71側起均勻地進行規定的加壓。另外，基底金屬75的厚度即使是全部層也就幾um左右薄，因此圖7以后省略圖不O
[0073]接著，從如以上那樣制作的一個接合塊體80，通過研磨、切削加工等的機械加工而切出多個如圖9及圖10所示的接合柱狀體81。另外，此時，從變幅部用金屬71—體地機械加工用于保持振子單元3的上述的外向凸緣33、以及在該外向凸緣33的后方連續設置的前塊39。
[0074]接下來，將接合柱狀體81的變幅部用金屬71如圖11及如圖12所示，通過研磨、切削加工等而機械加工為朝向振子單元3中前端部側(紙面中的上部側)而前端變細的錐形形狀，加工出具有超聲波振動振幅的放大效果的上述的變幅部32。另外，在變幅部32，從前端面起向內部方向，絲攻(TAP)加工用于與探頭主體34螺接的未圖示的陰螺紋孔。
[0075]這樣，從接合柱狀體81的變幅部用金屬71通過機械加工將變幅部32、外向凸緣33以及前塊39成形。并且，接合柱狀體81的兩個絕緣板74構成超聲波振子2中的絕緣層42、43、多個這里為四個壓電材料晶片73構成超聲波振子2中的壓電單晶元件層61。進而，夾住接合柱狀體81的四個壓電材料晶片73的接合金屬76構成超聲波振子2中的正電極層62或負電極層63，后塊用金屬72構成超聲波振子2中的后塊44。像這樣，從接合塊體80切出多個接合柱狀體81，從一個接合柱狀體81通過總括加工將超聲波振子2單片化而制造。另外，變幅部用金屬71或后塊用金屬72與某一個絕緣板74之間的接合金屬76不構成正電極層62或負電極層63，而用于將變幅部用金屬71或后塊用金屬72與絕緣板74進行接合。
[0076]并且，超聲波振子2中，為了取得向各壓電單晶元件層61的電連接，如圖13及如圖14所示，兩個FPC47、48通過焊料等的電連接部49與夾著各壓電單晶元件層61的正電極層62或負電極層63電連接，建立向各壓電單晶元件層61的電連接。另外，FPC47、48將每隔一個層疊的負電極層63彼此或正電極層62彼此電連接。
[0077]通過以上說明的超聲波振子2的制造工藝，由外向凸緣33以及前塊39 —體形成的變幅部32、絕緣層42、各壓電單晶元件層61、負電極層63、正電極層62、絕緣層43以及后塊44被一體化制造。并且，經由與正電極層62或負電極層63的側面通過焊料等的電連接部49電連接的FPC47、48，對各壓電單晶元件層61施加驅動信號，完成使整體進行超聲波振動的超聲波振子2。
[0078]另外，該超聲波振子2中，從正電極側的FPC47向正電極層62施加的驅動信號經由各壓電單晶元件層61從負電極層63流向負電極側(GND側)的FPC48。因此，超聲波振子2在這里為設置了絕緣層42、43的結構，但即使不特別設置絕緣層42、43，只要是前塊39以及后塊44與負電極層63相接的結構，則不流過驅動信號。也就是說，如本實施方式那樣，超聲波振子2只要是使壓電單晶元件層61為偶數層、在壓電單晶元件層61的兩端、即層疊振子41的兩端配置負電極層63的結構，則不一定必須設置絕緣層42、43。
[0079]此外，這里的各壓電單晶元件層61使用鈮酸鋰(LiNb03)，其居里點為約1150°C。并且，構成正電極層62或負電極層63的AuSn共晶焊料、一般的無鉛焊料等的接合金屬76熔點相對于鈮酸鋰(LiNb03)的居里點(約1150°C )為一半以下(這里為1/3以下)的約200?300°C。因此，即使為了進行各層疊材料的接合，在接合金屬76熔融的溫度的溫度(約200?300°C )左右下進行熱處理，成為壓電單晶元件層61的各壓電材料晶片73的極化也不會惡化，在組裝、加工工藝之后不用進行再極化處理就能夠直接作為蘭杰文振子的超聲波振子2來使用。
[0080]進而，在用于層疊材料的接合的加熱后的冷卻時，為了防止各壓電材料晶片73因由熱膨脹系數的差異帶來的熱應力而破裂，優選的是變幅部用金屬71以及后塊用金屬72的熱膨脹系數盡可能接近于壓電單晶板的熱膨脹系數。因此，這里的壓電材料晶片73如上述那樣使用無鉛的鈮酸鋰(LiNb03)，熱膨脹系數在結晶方向上為約8?15ppm，因此特別優選的是變幅部用金屬71以及后塊用金屬72的材質為鈦合金或具有接近約8?15ppm的值的熱膨脹系數的不銹鋼。
[0081]如以上記載的那樣，在本實施方式中，層疊比制造目標物的超聲波振子2的最終形狀大的形狀的作為壓電單晶元件層61的壓電材料晶片73、作為正電極層62或負電極層63的接合金屬76、變幅部32、作為外向凸緣33以及前塊39的金屬塊的變幅部用金屬71、作為后塊44的金屬塊的后塊用金屬72、以及作為絕緣層42、43的絕緣板74。并且，在各自之間配置作為接合部的由金屬材料構成的接合金屬76，對這些進行加熱，使溫度上升到接合金屬76的熔點以上之后進行冷卻，從而首先形成使這些接合而一體化的接合塊體80。
[0082]另外，這里的接合金屬76所使用的金屬材料使用具有壓電材料晶片73的居里點的一半以下的熔點的材料，能夠以即使使金屬熔融并進行接合也不會發生壓電材料晶片73的去極化的方式接合。即，能夠從接合塊體80容易地制造在進行機械加工后不用進行壓電單晶元件層61的再極化就能夠驅動的超聲波振子2。并且，對作為各層疊材料被一體化的接合體的接合塊體80總括地進行機械加工，能夠從一個接合塊體80制造多個作為蘭杰文振子的超聲波振子2。最后，在切出的超聲波振子2的正電極層62或負電極層63的側面安裝作為壓電振子驅動用電極的FPC47、48，使得能夠對各個壓電振子施加驅動用電信號。
[0083]像這樣，通過將各層疊材料接合后進行總括加工而單片化，由此與將超聲波振子2逐個地獨立進行機械加工相比，減少機械加工的次數，能夠實現低成本化。此外，在機械加工時，作為壓電單晶元件層61的壓電材料晶片73的端部不露出，因此還有不易引起碎肩(chipping)的優點。結果，本實施方式的超聲波振子2能夠減輕使用了無鉛鈮酸鋰(LiNb03)的壓電材料晶片73的加工成本而能夠廉價地制造。
[0084]另外，上述中，示出了在壓電材料晶片73的一面側的基底金屬75上以及一方的絕緣板74的一面側的基底金屬75上通過絲網印刷來設置AuSn共晶焊料或一般的無鉛焊料的接合金屬76的結構，但不限于此，也可以如圖15所示，將接合金屬76做成帶形態(金屬帶)，并配置在變幅部用金屬71、后塊用金屬72、各壓電材料晶片73以及各絕緣板74的各個之間。
[0085](第2實施方式)
[0086]接著，以下基于附圖對本發明的第2實施方式進行說明。
[0087]圖16是表示各種層疊材料的結構的剖視圖，圖17是表示在電極上連接了 FPC的超聲波振子的立體圖，圖18是在電極上連接了 FPC的超聲波振子的剖視圖。
[0088]另外，本實施方式的說明中，關于在上述的第I實施方式中記載的結構，使用相同的附圖標記，并省略其詳細說明。
[0089]上述的第I實施方式中，采用了在由接合金屬76形成的正電極層62或負電極層63的側面上通過電連接部49進行FPC47、48的電連接以及機械固定的結構。在該結構的基礎上，為了進一步確保所需的機械固定的強度，電連接部49和正電極層62或負電極層63需要一定的大小(厚度)，因此，作為正電極層62或負電極層63的接合金屬76需要某種程度的厚度。該厚度優選的是比接合所需的最低限度的厚度厚。反之，在將例如包含金的AuSn用于接合金屬76的情況下，由于包含高價的Au，因此材料成本高，優選將接合金屬76的厚度抑制為接合所需的最低限度的厚度。
[0090]因此，本實施方式中，如圖16所示，設置由比接合金屬76廉價的金屬材料例如銅(Cu)形成的具有規定的厚度的金屬間隔件77，來確保正電極層62或負電極層63的厚度。
[0091]具體而言，金屬間隔件77的兩面側的各個側面經由接合金屬76而配置在絕緣板74以及各壓電材料晶片73之間。詳細地講，這里將金屬間隔件77以用帶形態的兩個接合金屬76夾住的方式配置在絕緣板74以及各壓電材料晶片73之間而層疊各材料。
[0092]另外，與第I實施方式同樣，這里也在各絕緣板74以及各壓電材料晶片73各自的兩面上，由接合的接合金屬76、變幅部用金屬71或后塊用金屬72、以及絕緣板74或壓電材料晶片73形成了顯現良好的密接性、以及熔融時的良好的浸潤性的基底金屬75的膜。
[0093]此外，金屬間隔件77在這里如上述那樣使用了銅(Cu)等，該金屬間隔件77與接合金屬76的材質的組合為銅(CU)和一般的無鉛焊料的情況下接合性良好，因此這里構成為在金屬間隔件77上不需要形成基底金屬75的膜。
[0094]另外，根據金屬間隔件77的材質與接合金屬76的材質的組合，可以根據需要在金屬間隔件77上形成基底金屬75的膜。此外，接合金屬76在這里為帶形態，但也可以根據金屬間隔件77的厚度，作為糊劑來進行絲網印刷。特別在金屬間隔件77的厚度薄的情況下，難以將接合金屬76作為糊劑來進行絲網印刷之后層疊各材料，因此在該情況下，優選使接合金屬76為帶形態。
[0095]以上說明的本實施方式中，也與第I實施方式同樣，將各材料的層疊體加熱到接合金屬76熔融的溫度之后，慢慢冷卻，使變幅部用金屬71、一方的絕緣板74、各壓電材料晶片73、各接合金屬76、各金屬間隔件77、另一方的絕緣板74以及后塊用金屬72分別被接合。這里也是基底金屬75顯現各材料的良好的密接性以及接合金屬76熔融時的良好的浸潤性地將各材料接合。
[0096]這樣，金屬間隔件77以被接合金屬76夾住的方式在各壓電材料晶片73的上下被一體化，與第I實施方式同樣，這里形成未圖示的接合塊體(80)。并且，與第I實施方式同樣，這里，從接合塊體(80)通過切削加工等的機械加工切出未圖示的多個接合柱狀體
(81)。并且，在變幅部用金屬71，一體地機械加工外向凸緣33以及在該外向凸緣33的后方連續設置的前塊39。
[0097]這樣，本實施方式中，設置在兩個接合金屬76之間的金屬間隔件77以夾住各壓電材料晶片73的方式配置，各金屬間隔件77構成正電極層62或負電極層63，從接合塊體80切出多個接合柱狀體81并加工。這樣，超聲波振子2通過總括加工被單片化而被制造。另夕卜，其他超聲波振子2的結構與第I實施方式相同。
[0098]并且，在超聲波振子2上，與第I實施方式同樣，為了取得向各壓電單晶元件層61的電連接，而如圖17及圖18所示，兩個FPC47、48通過焊料等的電連接部49而電連接于與兩個接合金屬76及3層金屬間隔件77相比具有充分的厚度的正電極層62或負電極層63，建立向各壓電單晶元件層61的電連接。另外，這里也由于基底金屬75的厚度即使是全部層也就幾um左右薄，因此在圖17及圖18中省略圖示。
[0099]通過以上的說明，本實施方式的超聲波振子2構成為除了第I實施方式的效果之夕卜，還能夠為了確保所需的機械固定的強度而充分確保與電連接部49連接的正電極層62或負電極層63的厚度。進而，在將包含金的AuSn等用于接合金屬76的情況下，抑制接合金屬76的厚度，通過由廉價的材料這里為銅(Cu)形成的金屬間隔件77，能夠確保正電極層62或負電極層63的厚度，因此能夠減輕超聲波振子2的制造成本。此外，在金屬間隔件77使用了銅(Cu)的情況下，能夠對由該金屬間隔件77構成的正電極層62或負電極層63的側面部直接焊接而形成電連接部49。
[0100]如以上那樣構成的本實施方式的超聲波振子2能夠兼顧由接合金屬76的薄膜化帶來的使用材料的削減、低成本化、以及電連接部49的機械強度所需的鄰接壓電單晶元件層61間距離的確保。
[0101](第3實施方式)
[0102]接著，以下基于附圖對本發明的第3實施方式進行說明。
[0103]圖19是表示超聲波振子的一例的后視圖，圖20是在超聲波振子上形成有兩個平面部的一例的后視圖，圖21是表示在圖20的電極上連接了 FPC的超聲波振子的立體圖，圖22是表示在超聲波振子形成有四個平面部的一例的后視圖，圖23是表示連接了圖22的FPC的超聲波振子的立體圖。
[0104]另外，在本實施方式的說明中，對于上述的第I實施方式以及第2實施方式中記載的結構，使用相同的附圖標記，并省略其詳細的說明。
[0105]上述的各實施方式的作為蘭杰文振子的超聲波振子2的從振動方向(前后方向)觀察的截面外形形狀優選為:從相對于該振動方向的中心軸O對稱的點起，如圖19所示為圓形。但是，在截面外形形狀為圓形的情況下，在經由電連接部49將FPC47、48與正電極層62或負電極層63連接時，需要使用防止超聲波振子2的滾動的夾具、決定FPC47、48的固定位置的夾具。
[0106]此外，為了將電氣連接部49固定到正電極層62或負電極層63的側周部，需要在使電連接部49的形狀沿著與正電極層62或負電極層63相應的圓弧形狀、或者使FPC47、48彎曲而沿著正電極層62或負電極層63的圓弧形狀的狀態下，將電連接部49固定到超聲波振子2。因此，有可能導致電連接部49向正電極層62或負電極層63的電連接可靠性以及電連接部49的形成工序的作業性降低。
[0107]因此，本實施方式中，如圖20及如圖21所示，通過在從接合塊體(80)向接合柱狀體(81)進行單片化的工序中，在作為超聲波振子2的一部分的層疊振子41、前塊39以及后塊44設置平面部82，并在該部分固定電連接部49，從而能夠提高FPC47、48的連接時的作業性，減輕組裝成本，以及提高電連接部49的連接可靠性。進而，如圖22及如圖23所示，也可以使層疊振子41、前塊39以及后塊44的四個側面僅由平面部82構成，從超聲波振子2的振動方向(前后方向)觀察的外形截面形狀為矩形狀。
[0108]另外，本實施方式的結構不僅適用于第I實施方式的結構，而且當然也可以適用于第2實施方式的使用金屬間隔件77形成正電極層62或負電極層63的超聲波振子2。
[0109]上述的實施方式中記載的發明不限于該實施方式以及變形例，除此之外，在實施階段中在不脫離其主旨的范圍內能夠實施各種變形。進而，上述實施方式中包含各種階段的發明，通過所公開的多個構成要件的適當的組合，能夠提取得到各種發明。
[0110]例如，即使從實施方式中示出的全部構成要件中刪除幾個構成要件，只要能夠解決上述的問題并得到上述的效果，則刪除了該構成要件的構成也能夠作為發明獲得。
[0111]上述的實施方式中，關于接合柱狀體81，說明了通過從一個接合塊體80經過研磨、切削加工等的機械加工切出多個并單片化來制作接合柱狀體81，但不限于該工序，也可以使用預先單片化的金屬塊、絕緣板、壓電單晶元件，在施加電壓的壓電單晶元件的兩端配置正電極板、負電極板，將這些通過接合金屬進行接合并一體化而制作接合柱狀體，作為超聲波振動器件。在這樣的工序中制作接合柱狀體的情況下的正電極板、負電極板也可以如專利文獻I的圖5所示，形成為端子部向外部露出的形狀，能夠更容易地將正電極板彼此或負電極板彼此電連接。
[0112]本申請以于2012年8月3日在日本提出的特愿2012 — 173033號為優先權主張的基礎提出申請，上述的內容是被特愿2012 — 173033號的說明書、權利要求書以及附圖引用的內容。
【權利要求】
1.一種超聲波振動器件，具備在兩個金屬塊之間層疊多個壓電單晶元件層而成的層疊振子，其特征在于， 通過熔點為所述多個壓電單晶元件層的居里點的一半以下的接合金屬，至少使所述多個壓電單晶元件層各自在層疊方向上熔融接合。
2.如權利要求1所述的超聲波振動器件，其特征在于， 所述接合金屬構成在所述多個壓電單晶元件層之間層疊的多個電極層。
3.如權利要求1所述的超聲波振動器件，其特征在于， 在所述多個壓電單晶元件層之間層疊具有規定的厚度的多個金屬間隔件，通過所述接合金屬將所述多個金屬間隔件和所述多個壓電單晶元件層在層疊方向上熔融接合，所述多個金屬間隔件構成在所述多個壓電單晶元件層之間層疊的多個電極層。
4.如權利要求1?3中任一項所述的超聲波振動器件，其特征在于， 具備將所述多個電極層的正電極彼此或負電極彼此電連接的通電部； 將所述通電部與所述正電極或所述負電極電連接的所述層疊振子的側面形成為平面。
5.如權利要求1?4中任一項所述的超聲波振動器件，其特征在于， 所述多個壓電單晶元件層由鈮酸鋰形成，所述接合金屬使用熔點為所述鈮酸鋰的居里點的一半以下的AuSn共晶焊料或無鉛焊料。
6.一種超聲波振動器件的制造方法，所述超聲波振動器件為權利要求1?5中任一項所述的超聲波振動器件，所述超聲波振動器件的制造方法的特征在于， 在第I所述金屬塊、多個壓電單晶片以及第2所述金屬塊之間分別層疊設置所述接合金屬； 將由所述第I金屬塊、所述多個壓電單晶片、所述第2金屬塊以及所述接合金屬形成的層疊體加熱到所述接合金屬的熔點以上之后，慢慢冷卻，并通過所述接合金屬將所述第I金屬塊、所述多個壓電單晶片以及所述第2金屬塊在層疊方向上熔融接合而形成一體化的塊體； 從所述接合塊體進行機械加工而切出多個柱狀體； 在所述柱狀體中的所述第I金屬塊的部分，機械加工出對超聲波振動進行放大的變幅部。
7.如權利要求6所述的超聲波振動器件的制造方法，其特征在于， 所述接合金屬通過絲網印刷設置在所述第I金屬塊、所述多個壓電單晶片或所述第2金屬塊的一面。
8.如權利要求6所述的超聲波振動器件的制造方法，其特征在于， 所述接合金屬為金屬帶，設置在第I所述金屬塊、多個壓電單晶片以及第2所述金屬塊各自之間。
9.一種超聲波醫療裝置，其特征在于，具備: 權利要求1?5中任一項所述的超聲波振動器件；以及 探頭前端部，傳遞由所述超聲波振動器件產生的超聲波振動，對生物體組織進行處理。
【文檔編號】B06B1/06GK104520019SQ201380041350
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年6月10日 優先權日:2012年8月3日
【發明者】伊藤寬 申請人:奧林巴斯株式會社