[发明专利]共振换能器及其制造方法、具共振换能器的超声处置工具

说明书

技术领域

本发明涉及共振换能器、制造共振换能器的方法和包括共振换能器的超声处置工具，更具体地，涉及可以达到高振动速度的共振换能器、制造共振换能器的方法和包括共振换能器的超声处置工具。

背景技术

近年来，在手术后的早期恢复和减轻患者负担方面，在医疗实践中要求切口部位尽可能地小，并且有效地采用内窥镜手术作为解决方案。对于内窥镜手术，已开发各种手术工具，并且其应用范围变得日益广泛。在这样的情况下，期望超声刀作为用于内窥镜手术的一种工具。

对于如上所述的超声处置工具，日本专利申请公开第2002-65689号描述了一种借助于如下各项使处置部件进行超声振动的超声处置工具：压电元件，其产生超声振动；喇叭(horn)部，其增大所产生的超声振动的幅度；以及探针，其传送振动。

另外，“Enhancement of Vibration Amplitude of Micro Ultrasonic Scalpel using PZT Film”，Minoru KUROSAWA and Takeshi SASANUMA，Technical Report of The Institute of Electronics，Information and Communication Engineers(IEICE)，US2009-109(213)31提出了一种用在内窥镜手术中的微型超声手术刀，该微型超声手术刀利用纵向振动(与要切割的生物体表面基本垂直的振动)。在压电膜的d31模式下激励纵向振动，并且该微型超声手术刀中可以结合用于检测振动速度的传感器器件。

在日本专利申请公开第2002-65689号中所述的超声处置工具中，将螺栓型朗之万振动子(bolted Langevin vibrator)用于压电元件以达到高振动速度。不过，该振动速度没有高到足以使得超声处置工具能够执行切开口和血凝固，因此，需要增大振动速度的喇叭部。然而，为了利用喇叭部增大振动速度，振动部的尺寸必须比处置部的尺寸大。相应地，考虑到超声处置工具在内窥镜中的实际使用，振动部的尺寸限于直径为约2mm至3mm，因此，处置部必须小于该尺寸，从而导致处置时间增加。另外，“Enhancement of Vibration Amplitude of Micro Ultrasonic Scalpel using PZT Film”描述了不具有喇叭部的矩形构造和具有变换比为3.5的喇叭部的构造，并且还描述了振动部的振动速度在矩形构造的情况下为2m/s而在具有喇叭部的构造的情况下为7m/s。为了使得超声处置工具能够执行切口和血凝结，需要7m/s的振动速度，因此，必须将变换比设置为等于或大于3.5。在这种情况下，处置部的宽度小于1mm。另外，振动转矩根据变换比而减小，因此，转矩会不利地变小。

鉴于上述情况做出了本发明，因此，本发明的目的在于提供可以达到高振动速度的共振换能器、制造共振换能器的方法和包括共振换能器的超声处置工具。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种共振换能器，其包括：振动板；以及压电元件，该压电元件包括层压在振动板上的压电膜和上电极，其中，压缩应力被施加至压电膜。

通常，压电膜的抗张强度小于其抗压强度，因此，根据抗张强度来确定共振换能器的振动速度。根据本发明，压缩应力作为内应力施加至压电膜本身，因此，可以将比在正常情况下更大的拉伸应力施加至压电膜。因此，可以达到比通常情况下更高的振动速度。

在本发明中，优选地，振动板在与形成有压电元件的表面平行的方向上以扩展/收缩方式振动。

根据本发明，振动板在与形成有压电元件的表面平行的方向上以扩展/收缩方式振动。因此，在将共振换能器应用于超声处置工具的情况下，可以获得生物体的切开作用和利用血凝结的止血作用。

在本发明中，优选地，压电膜具有等于或大于1μm且等于或小于5μm的膜厚度。

根据本发明，压电膜的膜厚度被设置为上述范围，从而可以使该设备小型化。

在本发明中，优选地，压电膜的内应力为等于或大于100MPa的压缩应力。

根据本发明，压电膜的内应力是等于或大于100Mpa的压缩应力，并且因此，具有矩形构造的共振换能器的振动速度可以提高到3.5m/s。因此，即使振动放大部的变换比被设计为等于或小于2.0，振动部的振动速度也可以等于或大于7.0m/s。

在本发明中，优选地，压电膜的内应力是等于或大于300MPa的压缩应力。