超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び超音波治療装置
【課題】超音波振動に起因して発生する熱を抑制し、耐久性に優れた超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び、超音波治療装置を提供する。
【解決手段】超音波振動を伝達する超音波振動プローブであって、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されていることを特徴とする超音波振動プローブ３０。結晶粒径が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする超音波振動プローブの製造方法。
【解決手段】超音波振動を伝達する超音波振動プローブであって、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されていることを特徴とする超音波振動プローブ３０。結晶粒径が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする超音波振動プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を伝達する超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び、この超音波振動プローブを備えた超音波治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波振動を利用して、生体患部の手術を行う超音波治療装置が、広く使用されている。例えば特許文献１には、超音波振動発生部より発生された超音波振動を超音波振動プローブのホーンで増幅させ、増幅された超音波振動を超音波振動プローブの先端に伝達させ、超音波振動により治療を行う超音波治療装置が開示されている。このような装置を用いることにより、超音波振動プローブの先端を生体の患部に押し当てて、超音波振動によって患部の切除などを行うことが可能である。
【０００３】
超音波振動プローブは、超音波振動子にて発生した超音波振動を、超音波振動プローブのホーンで増幅させ、超音波振動プローブの先端（生体の患部）に伝える部品である。超音波振動プローブに求められる性能として、超音波振動に対する耐久性、振動伝達を安定的に効率良く伝える特性、生体への良好な適合性等が求められている。この要求特性を満足する材料として、純チタン及びチタン系の合金が使用されている。純チタン及びチタン系の合金は、高強度なので耐久性が良好で、生体への適合性も良好である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５３２７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、超音波振動プローブにおいては、伝達される超音波振動によって自己発熱する。特に超音波振動を増幅するホーン部において顕著である。超音波振動プローブが自己発熱により高温化すると、超音波振動プローブが劣化して共振周波数が外れて振動が停止したり、超音波振動プローブ自身が破断してしまったりする等の問題が生じる。
【０００６】
この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、超音波振動に起因して発生する熱を抑制し、耐久性に優れた超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び、超音波振動プローブを備えた超音波治療装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、金属組織中の結晶粒径を粗大化させることで、超音波振動により発生する熱を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、
（１） 超音波振動を伝達する超音波振動プローブであって、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されていることを特徴とする超音波振動プローブ、
（２） 前記超音波振動プローブは、超音波振動発生部に接続される基端と、前記基端から伝達された超音波振動を作用させる先端と、を有し、前記基端から前記先端に向かう方向に沿って、前記相対的に結晶粒径が小さい領域と前記相対的に結晶粒径が大きい領域が一組以上交互に配置されている部位を有することを特徴とする前記（１）に記載の超音波振動プローブ、
（３） 超音波振動を増幅するホーン部と、増幅された超音波振動を伝達するプローブ部と、を備え、前記ホーン部と前記プローブ部とで結晶粒径が互いに異なることを特徴とする前記（１）または前記（２）に記載の超音波振動プローブ、
（４） 前記ホーン部の結晶粒径が、前記プローブ部の結晶粒径よりも大きいことを特徴とする前記（３）に記載の超音波振動プローブ、
（５） 純チタンからなることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（６） チタン合金からなることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（７） 前記ホーン部はアルミニウム合金からなり、前記プローブ部はチタン合金からなることを特徴とする前記（３）または前記（４）に記載の超音波振動プローブ、
（８） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（９） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（１０） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブの製造方法、
（１１） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブの製造方法。
（１２） 前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブを備えていることを特徴とする超音波治療装置、
を、提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波振動プローブによれば、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されているので、結晶粒径が大きい領域において、超音波振動時に発生する熱を抑制することができ、耐久性を向上させることが可能となる。
また、本発明の超音波振動プローブの製造方法によれば、結晶粒径が粗大化する温度以上で部分的に加熱する構成としているので、相対的に結晶粒径が大きい領域を確実に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波治療装置の概略説明図である。（ａ）は超音波治療装置の全体図、（ｂ）は超音波振動プローブの先端の拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る超音波振動プローブの概略説明図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、同超音波振動プローブにおけるホーン部の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、同超音波振動プローブにおけるプローブ部の先端の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【図５】本発明の一実施形態に係る超音波振動プローブの製造方法の概略説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が一組以上交互に配置されている超音波振動プローブの概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態は、超音波振動を増幅させてプローブ先端へと振動を伝える超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び、超音波振動プローブを備えた超音波治療装置に関するものである。
【００１１】
本実施形態である超音波治療装置１は、図１（ａ）に示すように、本体部１０と、この本体部１０に接続される超音波振動発生部２０と、超音波振動発生部２０に接続される超音波振動プローブ３０と、超音波振動プローブ３０を手で把持するハンドル４０と、を備えている。そして、超音波振動発生部２０と超音波振動プローブ３０は、被覆部５０に覆われている。
【００１２】
本体部１０は、超音波を発生させる超音波振動発生部２０の動作を制御する制御部を有している。超音波振動プローブ３０は、超音波振動発生部２０に接続される基端と、基端から伝達された超音波振動を作用させる先端を有している。なお、本実施形態では、超音波振動発生部２０から発生される超音波振動は、図２の矢印で示されている、超音波振動プローブ３０の基端から先端（本実施形態では、超音波振動プローブ３０の長手方向）に向けて振動する縦波とされている。
被覆部５０の先端には、図１（ｂ）に示すように、ジョー部５１が設けられており、ハンドル４０を操作することでジョー部５１が図１（ｂ）の両矢印方向に可動できるようになっている。
【００１３】
超音波振動プローブ３０は、図２に示すように、一端側（図２において左側）に向けて漸次縮径するホーン部３１と、このホーン部３１の一端からさらに一端側に向けて延在するプローブ部３２と、を備えている。
ホーン部３１は、その他端（図２において右側）が上述の超音波振動発生部２０に接続されており、超音波振動は、ホーン部３１の他端側から一端側へと伝達される構成とされている。
【００１４】
ホーン部３１は、上述のように、一端側に向けて（すなわち、超音波振動が伝達される方向に向けて）漸次縮径する形状とされており、ホーン部３１を伝達する間に超音波振動が増幅される構成とされている。
本実施形態では、ホーン部３１は、６４チタン合金をはじめとするチタン合金、純チタン、ジュラルミン等の高強度な金属材料で構成されている。チタン合金及び純チタンを用いた場合には、特に強度が高く耐久性に優れるホーン部３１とすることができる。また、ジュラルミンに代表されるアルミニウム合金を用いた場合には、コストを低く抑えることができる。
【００１５】
プローブ部３２は、他端がホーン部３１の一端に連結され、一端側に向けて延在した形状をしている。このプローブ部３２は、具体的には、ホーン部３１で増幅された超音波振動がプローブ部３２の先端へと伝達されるものであり、プローブ部３２の先端を対象物へと押し当てることで治療や検査等を行うものである。本実施形態では、プローブ部３２は、６４チタン合金等のチタン合金、純チタン等の高強度で生体適合性が良好な金属材料で構成されている。
【００１６】
そして、本実施形態である超音波振動プローブ３０は、超音波振動プローブ３０の基端から先端に向かう方向（超音波振動プローブ３０の長手方向）に沿って、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が配置されている。本実施形態においては、上述のホーン部３１の結晶粒径が、プローブ部３２の結晶粒径に比べて大きくされている。つまり、ホーン部３１には、プローブ部３２と比べて結晶粒が粗大とされている相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されている。
【００１７】
具体的には、本実施形態では、６４チタン合金の場合、ホーン部３１の結晶粒径は、３μｍ以上５００μｍ以下とされている。より好ましくは、３μｍ以上３００μｍ以下である。具体例として、図３（Ａ）、（Ｂ）にホーン部の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。なお、図３の光学顕微鏡写真は、超音波振動プローブ３０の長手方向に対して垂直方向におけるホーン部の面を観察したものである。図３では、針状組織の集積により構成されている粗大粒が、１００μｍ以上の大きさで観察されている。
【００１８】
また、プローブ部３２の結晶粒径は、２μｍ以下とされている。より好ましくは、１μｍ以下である。具体例として、図４（Ａ）、（Ｂ）にプローブ部３２の一端の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。なお、図４の光学顕微鏡写真は、超音波振動プローブ３０の長手方向に対して垂直方向におけるプローブ部３２の面を観察したものである。図４では、２μｍ未満の等軸状組織が観察されている。なお、６４チタン合金が工業生産される場合、板状や棒形状で市場に出回り、この板形状や棒形状に加工される際に結晶粒が微細化され、２μｍ以下の結晶粒径となっているのが一般的である。
【００１９】
次に、本実施形態の超音波振動プローブ３０の製造方法について説明する。
本実施形態の超音波振動プローブ３０は、鍛造の一種である電気アプセット加工により製造される。電気アプセット加工とは、図５に示すように、金属の棒材６０のうち加工する部位に電源７０から電気を流して加熱（通電加熱）し（図５（ａ））、金型８０に押し込んで金属の棒材６０の長手方向に圧縮して径方向に広げ（図５（ｂ））、所望の形状を得る（図５（ｃ））加工方法である。すなわち、加工する部位のみを加熱することで、他の部位への熱影響を抑えることができるものである。
【００２０】
本実施形態では、超音波振動プローブ３０を構成する金属材料の結晶粒径が粗大化する温度（金属材料の変態点温度）以上で、棒材の一部を加熱し、アプセット加工を施して所望の結晶粒径とされたホーン部３１を作製する。結晶粒の粗大化する温度は、具体的には、６４チタンの場合は９９０℃以上、純チタンの場合は８８５℃以上、ジュラルミンの７０７５−Ｔ６の場合は４８０℃以上である。そして棒材を所定の長さに切断してホーン部３１とプローブ部３２を有する超音波振動プローブ３０とする。このようにして、ホーン部３１の結晶粒をプローブ部３２の結晶粒よりも粗大とし、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成しているのである。
【００２１】
なお、加工時に超音波振動プローブ３０の表面に酸化等が生じた場合には、酸洗いや切削などにより表面酸化層を除去すれば良い。また、表面層の酸化を抑制するために、真空雰囲気やアルゴンガス雰囲気で熱処理を行うようにしても良い。
このような構成とされた超音波振動プローブ３０は、図１に示す超音波治療装置１において使用される。
【００２２】
次に、超音波治療装置１の使用方法について説明する。まず、本体部１０を操作して、超音波振動発生部２０から超音波振動を発生させ超音波振動プローブ３０へと振動を伝える。そして、超音波振動はホーン部３１で増幅され、さらにプローブ部３２の先端（一端）へと伝達される。超音波治療装置１の操作者は、手でハンドル４０を把持しながら、例えば、患者の切除患部を超音波振動プローブ３０の先端とジョー部５１により挟み込む。その後、超音波振動を発生させることで患部を切除できる。次いで、超音波振動を停止させ、ハンドル４０を操作して超音波振動プローブ３０の先端とジョー部５１により切除片を挟み、体外に取り出すことができる。
【００２３】
以上のような構成とされた本実施形態である超音波振動プローブ３０によれば、ホーン部３１の結晶粒径がプローブ部３２よりも大きいので、超音波振動の増幅時に生じるホーン部３１の発熱を抑えることができ、超音波振動プローブ３０の劣化を抑制し、耐久性を向上させることが可能となる。また、プローブ部３２の先端の結晶粒径がホーン部３１よりも微細であるため、０．２％耐力が高いので実際に超音波治療装置に用いたときに、塑性変形が生じ難く耐久性が良い。
【００２４】
すなわち、超音波振動が増幅されるホーン部３１は、振動エネルギーが増幅（高密度化）されるため、超音波振動プローブ３０において最も発熱する（振動エネルギーが熱エネルギーに変換されやすい）部位である。この発熱により、ホーン部３１やプローブ部３２が高温となり劣化しやすくなる。この発熱は、振動による結晶界面の摩擦により発生していると考えられ、ホーン部３１の発熱が抑制されるように、ホーン部３１の径と平行方向の面における単位断面積あたりの結晶界面が少ない方が好ましい。そのため、本実施形態では、ホーン部３１の結晶粒径は、３μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは、３μｍ以上３００μｍ以下とされているのである。
【００２５】
このように、ホーン部３１の結晶粒径が３μｍ以上５００μｍ以下とされているので、超音波振動の増幅時に生じる発熱を十分に抑制し、耐久性をさらに向上させることができる。また、結晶粒径が５００μｍよりも大きい場合、超音波振動時の発熱はさらに抑制される。しかし、この場合には、機械的強度（０．２％耐力等）の低下が大きく、例えば、超音波治療装置に使用した際に、使用中に破断が生じるなど、強度低下による耐久性低下が生じる。そのため、結晶粒径の上限値が上記の範囲とされているのである。
【００２６】
一方、プローブ部３２の先端部は、対象物に接触されるために応力が負荷されることになる。先端部へと伝達された超音波振動が対象部材（患者の患部等）に伝わるためには、応力が負荷されても塑性変形する等して超音波伝達が遮断されてはならず、応力に耐えられる強度（０．２％耐力）が必要である。この強度を高めるために、金属組織は微細化されていることが好ましい。そのため、本実施形態では、プローブ部３２の結晶粒径は、２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下としているのである。
このように、プローブ部３２の先端の結晶粒径が２μｍ以下とされており、０．２％耐力が高いので、先端に塑性変形が生じにくく、超音波振動プローブ３０の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
本実施形態である超音波振動プローブ３０の製造方法によれば、加工する部位にのみ加熱を行ってホーン部３１を形成しているので、ホーン部３１の結晶粒径が大きく、プローブ部３２の結晶粒径が小さい超音波振動プローブ３０を得ることが可能である。
【００２８】
本実施形態である超音波治療装置１によれば、ホーン部３１の結晶粒径が大きく、プローブ部３２の先端の結晶粒径が小さい構成とされた超音波振動プローブ３０を備えているので、超音波振動によりホーン部３１に発生する発熱を抑制することができる。また、プローブ部３２の先端の結晶粒径が小さいので強度が高く、プローブ部３２の先端に応力が負荷されても塑性変形が生じ難い。これらによって、超音波振動プローブ３０の劣化を抑制し、手術等を行う超音波治療装置１の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態である超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び超音波治療装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３０】
上記の実施の形態では、ホーン部の結晶粒径が大きく、プローブ部の先端の結晶粒径が小さい場合について説明したが、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されている構成の超音波振動プローブとされても良い。
また、図６で示すように、超音波振動プローブ１３０の基端から先端へと向かう方向（線上）に、結晶粒径の小さい領域ａと結晶粒径の大きい領域ｂが、一組以上交互に配置されている部位を有する構成とされても良い。例えば、腹腔鏡手術などで使用される超音波処置具は処置患部に応じて長さの異なった超音波振動プローブが使用される。超音波振動プローブが長い場合には、超音波発生振動部から伝達された超音波振動は、超音波振動プローブ１３０を伝達する間に熱エネルギーに変換されて減衰し、先端部では所望の振動を得られない不具合が生じることがある。この不具合を避ける為に、超音波振動プローブ１３０の基端から先端にかけての途中にホーン部を設けることによって、減衰した超音波振動を増幅させる。このプローブの基端から先端にかけての途中のホーン部では、超音波振動の増幅に伴う発熱が生じる為、相対的に結晶粒径が大きい領域で構成されるのが好ましく、発熱を抑制することができる。ホーン部以外は、結晶粒径が小さい領域で構成されていても良いため、結晶粒径の小さい領域ａと結晶粒径が大きい領域ｂが交互に配置される構成とされている。なお、プローブ基端から先端にかけての途中で設けられるホーン部は複数設けられていても良い。
上記のような理由により、図６で示すような結晶粒径の小さい領域ａと結晶粒径が大きい領域ｂが一組以上交互に配置されている構成が求められる場合がある。なお、一組とは、相対的に結晶粒径が小さい領域１つと、相対的に結晶粒径が大きい領域１つの組み合わせのことを意味している。
【００３１】
また、上記実施の形態では、アプセット加工によってプローブ部が形成される場合について説明したが、結晶粒が粗大化する温度以上に加熱した金属材料に切削加工を施してホーン部及びプローブ部を作製しても良い。
また、金属材料を切削加工してホーン部及びプローブ部を作製し、その後に結晶粒が粗大化する温度以上で熱処理を所定の部位に施しても良い。
また、結晶粒が粗大化する温度以上に加熱して、結晶粒が粗大化した金属材料と微細組織をもつ金属材料を接合した後に切削加工を施して超音波振動プローブを作製しても良い。
また、金属材料に結晶粒が粗大化する温度以上に熱処理を行い、電気アプセット法により、超音波振動プローブを製造する方法について説明したが、他の熱間鍛造方法を用いても良い。
【００３２】
また、上記の実施の形態では、超音波振動プローブを製造する際の熱処理方法が通電加熱の場合について説明したが、電気炉、バーナー、高周波加熱等を用いても良い。
【００３３】
また、上記の実施の形態において、熱処理を行い、結晶粒を粗大化させた後に、水冷などの急冷手段により急冷する構成としても良い。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されることはなく、技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００３５】
（発明例１）
市販の６４チタン合金の棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン部とプローブ部を作製した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度１１０５℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００３６】
（発明例２）
市販の６４チタン合金の棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン部とプローブ部を作製した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度１０４６℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００３７】
（比較例１）
市販の６４チタン合金の棒材に切削加工を施して、ホーン部とプローブ部を作製した。その後、最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００３８】
次に、本発明の実施例の性能の評価方法について説明する。
（Ａ）振動特性
各製造条件で得た超音波振動プローブのホーン部の他端を超音波振動発生部に接続し、超音波振動プローブの温度を測定した。超音波振動の条件は、６０ｋＨｚの超音波にて５分間の連続振動を行い、その際の最高発熱温度を測定した。温度については、放射温度計で測定した。
（Ｂ）結晶粒径
結晶粒径は、ホーン部の径と平行方向の断面の金属組織の観察を光学顕微鏡で行い、光学顕微鏡の観察写真を用いてＪＩＳ Ｇ ０５５１に準拠して測定した。
（Ｃ）０．２％耐力
結晶粒径がホーン部と同様の箇所から引張試験片を作製した。試験方法は、ＪＩＳ Ｚ２２０１及び２２４１に準拠して行った。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に、本発明例１、本発明例２、比較例１の評価の結果を示す。
発明例１及び発明例２では、ホーン部の結晶粒径が大きいために超音波振動時の発熱が小さく、また０．２％耐力が高く、良好な性能を示した。一方、比較例１では、結晶粒径が小さいために超音波振動時の発熱が大きく、超音波振動プローブの性能が発明例１及び発明例２と比較して劣った。
【００４１】
（発明例３）
市販のＪＩＳ４種の純チタンの棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン部とプローブ部を作製した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度１４６８℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００４２】
（比較例２）
市販のＪＩＳ４種の棒材に切削加工を施して、ホーン部とプローブ部を作製した。その後、最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００４３】
【表２】
【００４４】
発明例３と比較例２について、上記の評価試験を行った結果を表２に示す。
発明例３は、結晶粒径が大きいため超音波振動時の最高到達温度が低く、また０．２％耐力が高く、良好な性能を示した。一方、比較例２は、結晶粒径が小さいために超音波振動時の最高到達温度が高く、発明例３と比較して性能が劣った。
【００４５】
（発明例４）
市販のジュラルミン（７０７５−Ｔ６）棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン形状に加工した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度６１５℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度４２０℃で真空加熱を行い、ホーン部を得た。
次に、市販の６４チタン合金の棒材に切削加工を施して、プローブ形状に加工した。切削加工時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱処理を行った。
そして、作製したホーン部の一端とプローブ部の基端とを、ネジ留めにて連結を行い、超音波振動プローブを得た。
【００４６】
（比較例３）
市販のジュラルミンの棒材に切削加工を施して作製してホーン形状に加工した。その後、切削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度４２０℃で真空加熱を行い、ホーン部を得た。次に、市販の６４チタン合金に切削加工を行いプローブ形状とし、さらに表面の加工応力を除去するために、最高到達温度６５０℃で真空加熱処理を行った。
【００４７】
【表３】
【００４８】
発明例４と比較例３について、上記の評価試験を行った結果を表３に示す。なお、引張試験については、ホーン部から試験片を作製し、実施した。
発明例４は、結晶粒径が大きいため超音波振動時の最高到達温度が低く、また０．２％耐力が高く、良好な性能を示した。また、このような構成の超音波振動プローブはコストを低減することが可能である。一方、比較例３は、ホーン部の結晶粒径が小さいために超音波振動時の最高到達温度が高く、発明例４と比較して性能が劣った。
【符号の説明】
【００４９】
１ 超音波治療装置
３０、１３０ 超音波振動プローブ
３１ ホーン部
３２ プローブ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を伝達する超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び、この超音波振動プローブを備えた超音波治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波振動を利用して、生体患部の手術を行う超音波治療装置が、広く使用されている。例えば特許文献１には、超音波振動発生部より発生された超音波振動を超音波振動プローブのホーンで増幅させ、増幅された超音波振動を超音波振動プローブの先端に伝達させ、超音波振動により治療を行う超音波治療装置が開示されている。このような装置を用いることにより、超音波振動プローブの先端を生体の患部に押し当てて、超音波振動によって患部の切除などを行うことが可能である。
【０００３】
超音波振動プローブは、超音波振動子にて発生した超音波振動を、超音波振動プローブのホーンで増幅させ、超音波振動プローブの先端（生体の患部）に伝える部品である。超音波振動プローブに求められる性能として、超音波振動に対する耐久性、振動伝達を安定的に効率良く伝える特性、生体への良好な適合性等が求められている。この要求特性を満足する材料として、純チタン及びチタン系の合金が使用されている。純チタン及びチタン系の合金は、高強度なので耐久性が良好で、生体への適合性も良好である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５３２７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、超音波振動プローブにおいては、伝達される超音波振動によって自己発熱する。特に超音波振動を増幅するホーン部において顕著である。超音波振動プローブが自己発熱により高温化すると、超音波振動プローブが劣化して共振周波数が外れて振動が停止したり、超音波振動プローブ自身が破断してしまったりする等の問題が生じる。
【０００６】
この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、超音波振動に起因して発生する熱を抑制し、耐久性に優れた超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び、超音波振動プローブを備えた超音波治療装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、金属組織中の結晶粒径を粗大化させることで、超音波振動により発生する熱を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、
（１） 超音波振動を伝達する超音波振動プローブであって、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されていることを特徴とする超音波振動プローブ、
（２） 前記超音波振動プローブは、超音波振動発生部に接続される基端と、前記基端から伝達された超音波振動を作用させる先端と、を有し、前記基端から前記先端に向かう方向に沿って、前記相対的に結晶粒径が小さい領域と前記相対的に結晶粒径が大きい領域が一組以上交互に配置されている部位を有することを特徴とする前記（１）に記載の超音波振動プローブ、
（３） 超音波振動を増幅するホーン部と、増幅された超音波振動を伝達するプローブ部と、を備え、前記ホーン部と前記プローブ部とで結晶粒径が互いに異なることを特徴とする前記（１）または前記（２）に記載の超音波振動プローブ、
（４） 前記ホーン部の結晶粒径が、前記プローブ部の結晶粒径よりも大きいことを特徴とする前記（３）に記載の超音波振動プローブ、
（５） 純チタンからなることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（６） チタン合金からなることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（７） 前記ホーン部はアルミニウム合金からなり、前記プローブ部はチタン合金からなることを特徴とする前記（３）または前記（４）に記載の超音波振動プローブ、
（８） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（９） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブ、
（１０） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブの製造方法、
（１１） 結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブの製造方法。
（１２） 前記（１）から前記（４）のいずれか一つに記載の超音波振動プローブを備えていることを特徴とする超音波治療装置、
を、提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波振動プローブによれば、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されているので、結晶粒径が大きい領域において、超音波振動時に発生する熱を抑制することができ、耐久性を向上させることが可能となる。
また、本発明の超音波振動プローブの製造方法によれば、結晶粒径が粗大化する温度以上で部分的に加熱する構成としているので、相対的に結晶粒径が大きい領域を確実に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波治療装置の概略説明図である。（ａ）は超音波治療装置の全体図、（ｂ）は超音波振動プローブの先端の拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る超音波振動プローブの概略説明図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、同超音波振動プローブにおけるホーン部の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、同超音波振動プローブにおけるプローブ部の先端の金属組織の光学顕微鏡写真である。
【図５】本発明の一実施形態に係る超音波振動プローブの製造方法の概略説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が一組以上交互に配置されている超音波振動プローブの概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態は、超音波振動を増幅させてプローブ先端へと振動を伝える超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び、超音波振動プローブを備えた超音波治療装置に関するものである。
【００１１】
本実施形態である超音波治療装置１は、図１（ａ）に示すように、本体部１０と、この本体部１０に接続される超音波振動発生部２０と、超音波振動発生部２０に接続される超音波振動プローブ３０と、超音波振動プローブ３０を手で把持するハンドル４０と、を備えている。そして、超音波振動発生部２０と超音波振動プローブ３０は、被覆部５０に覆われている。
【００１２】
本体部１０は、超音波を発生させる超音波振動発生部２０の動作を制御する制御部を有している。超音波振動プローブ３０は、超音波振動発生部２０に接続される基端と、基端から伝達された超音波振動を作用させる先端を有している。なお、本実施形態では、超音波振動発生部２０から発生される超音波振動は、図２の矢印で示されている、超音波振動プローブ３０の基端から先端（本実施形態では、超音波振動プローブ３０の長手方向）に向けて振動する縦波とされている。
被覆部５０の先端には、図１（ｂ）に示すように、ジョー部５１が設けられており、ハンドル４０を操作することでジョー部５１が図１（ｂ）の両矢印方向に可動できるようになっている。
【００１３】
超音波振動プローブ３０は、図２に示すように、一端側（図２において左側）に向けて漸次縮径するホーン部３１と、このホーン部３１の一端からさらに一端側に向けて延在するプローブ部３２と、を備えている。
ホーン部３１は、その他端（図２において右側）が上述の超音波振動発生部２０に接続されており、超音波振動は、ホーン部３１の他端側から一端側へと伝達される構成とされている。
【００１４】
ホーン部３１は、上述のように、一端側に向けて（すなわち、超音波振動が伝達される方向に向けて）漸次縮径する形状とされており、ホーン部３１を伝達する間に超音波振動が増幅される構成とされている。
本実施形態では、ホーン部３１は、６４チタン合金をはじめとするチタン合金、純チタン、ジュラルミン等の高強度な金属材料で構成されている。チタン合金及び純チタンを用いた場合には、特に強度が高く耐久性に優れるホーン部３１とすることができる。また、ジュラルミンに代表されるアルミニウム合金を用いた場合には、コストを低く抑えることができる。
【００１５】
プローブ部３２は、他端がホーン部３１の一端に連結され、一端側に向けて延在した形状をしている。このプローブ部３２は、具体的には、ホーン部３１で増幅された超音波振動がプローブ部３２の先端へと伝達されるものであり、プローブ部３２の先端を対象物へと押し当てることで治療や検査等を行うものである。本実施形態では、プローブ部３２は、６４チタン合金等のチタン合金、純チタン等の高強度で生体適合性が良好な金属材料で構成されている。
【００１６】
そして、本実施形態である超音波振動プローブ３０は、超音波振動プローブ３０の基端から先端に向かう方向（超音波振動プローブ３０の長手方向）に沿って、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が配置されている。本実施形態においては、上述のホーン部３１の結晶粒径が、プローブ部３２の結晶粒径に比べて大きくされている。つまり、ホーン部３１には、プローブ部３２と比べて結晶粒が粗大とされている相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されている。
【００１７】
具体的には、本実施形態では、６４チタン合金の場合、ホーン部３１の結晶粒径は、３μｍ以上５００μｍ以下とされている。より好ましくは、３μｍ以上３００μｍ以下である。具体例として、図３（Ａ）、（Ｂ）にホーン部の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。なお、図３の光学顕微鏡写真は、超音波振動プローブ３０の長手方向に対して垂直方向におけるホーン部の面を観察したものである。図３では、針状組織の集積により構成されている粗大粒が、１００μｍ以上の大きさで観察されている。
【００１８】
また、プローブ部３２の結晶粒径は、２μｍ以下とされている。より好ましくは、１μｍ以下である。具体例として、図４（Ａ）、（Ｂ）にプローブ部３２の一端の金属組織の光学顕微鏡写真を示す。なお、図４の光学顕微鏡写真は、超音波振動プローブ３０の長手方向に対して垂直方向におけるプローブ部３２の面を観察したものである。図４では、２μｍ未満の等軸状組織が観察されている。なお、６４チタン合金が工業生産される場合、板状や棒形状で市場に出回り、この板形状や棒形状に加工される際に結晶粒が微細化され、２μｍ以下の結晶粒径となっているのが一般的である。
【００１９】
次に、本実施形態の超音波振動プローブ３０の製造方法について説明する。
本実施形態の超音波振動プローブ３０は、鍛造の一種である電気アプセット加工により製造される。電気アプセット加工とは、図５に示すように、金属の棒材６０のうち加工する部位に電源７０から電気を流して加熱（通電加熱）し（図５（ａ））、金型８０に押し込んで金属の棒材６０の長手方向に圧縮して径方向に広げ（図５（ｂ））、所望の形状を得る（図５（ｃ））加工方法である。すなわち、加工する部位のみを加熱することで、他の部位への熱影響を抑えることができるものである。
【００２０】
本実施形態では、超音波振動プローブ３０を構成する金属材料の結晶粒径が粗大化する温度（金属材料の変態点温度）以上で、棒材の一部を加熱し、アプセット加工を施して所望の結晶粒径とされたホーン部３１を作製する。結晶粒の粗大化する温度は、具体的には、６４チタンの場合は９９０℃以上、純チタンの場合は８８５℃以上、ジュラルミンの７０７５−Ｔ６の場合は４８０℃以上である。そして棒材を所定の長さに切断してホーン部３１とプローブ部３２を有する超音波振動プローブ３０とする。このようにして、ホーン部３１の結晶粒をプローブ部３２の結晶粒よりも粗大とし、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成しているのである。
【００２１】
なお、加工時に超音波振動プローブ３０の表面に酸化等が生じた場合には、酸洗いや切削などにより表面酸化層を除去すれば良い。また、表面層の酸化を抑制するために、真空雰囲気やアルゴンガス雰囲気で熱処理を行うようにしても良い。
このような構成とされた超音波振動プローブ３０は、図１に示す超音波治療装置１において使用される。
【００２２】
次に、超音波治療装置１の使用方法について説明する。まず、本体部１０を操作して、超音波振動発生部２０から超音波振動を発生させ超音波振動プローブ３０へと振動を伝える。そして、超音波振動はホーン部３１で増幅され、さらにプローブ部３２の先端（一端）へと伝達される。超音波治療装置１の操作者は、手でハンドル４０を把持しながら、例えば、患者の切除患部を超音波振動プローブ３０の先端とジョー部５１により挟み込む。その後、超音波振動を発生させることで患部を切除できる。次いで、超音波振動を停止させ、ハンドル４０を操作して超音波振動プローブ３０の先端とジョー部５１により切除片を挟み、体外に取り出すことができる。
【００２３】
以上のような構成とされた本実施形態である超音波振動プローブ３０によれば、ホーン部３１の結晶粒径がプローブ部３２よりも大きいので、超音波振動の増幅時に生じるホーン部３１の発熱を抑えることができ、超音波振動プローブ３０の劣化を抑制し、耐久性を向上させることが可能となる。また、プローブ部３２の先端の結晶粒径がホーン部３１よりも微細であるため、０．２％耐力が高いので実際に超音波治療装置に用いたときに、塑性変形が生じ難く耐久性が良い。
【００２４】
すなわち、超音波振動が増幅されるホーン部３１は、振動エネルギーが増幅（高密度化）されるため、超音波振動プローブ３０において最も発熱する（振動エネルギーが熱エネルギーに変換されやすい）部位である。この発熱により、ホーン部３１やプローブ部３２が高温となり劣化しやすくなる。この発熱は、振動による結晶界面の摩擦により発生していると考えられ、ホーン部３１の発熱が抑制されるように、ホーン部３１の径と平行方向の面における単位断面積あたりの結晶界面が少ない方が好ましい。そのため、本実施形態では、ホーン部３１の結晶粒径は、３μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは、３μｍ以上３００μｍ以下とされているのである。
【００２５】
このように、ホーン部３１の結晶粒径が３μｍ以上５００μｍ以下とされているので、超音波振動の増幅時に生じる発熱を十分に抑制し、耐久性をさらに向上させることができる。また、結晶粒径が５００μｍよりも大きい場合、超音波振動時の発熱はさらに抑制される。しかし、この場合には、機械的強度（０．２％耐力等）の低下が大きく、例えば、超音波治療装置に使用した際に、使用中に破断が生じるなど、強度低下による耐久性低下が生じる。そのため、結晶粒径の上限値が上記の範囲とされているのである。
【００２６】
一方、プローブ部３２の先端部は、対象物に接触されるために応力が負荷されることになる。先端部へと伝達された超音波振動が対象部材（患者の患部等）に伝わるためには、応力が負荷されても塑性変形する等して超音波伝達が遮断されてはならず、応力に耐えられる強度（０．２％耐力）が必要である。この強度を高めるために、金属組織は微細化されていることが好ましい。そのため、本実施形態では、プローブ部３２の結晶粒径は、２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下としているのである。
このように、プローブ部３２の先端の結晶粒径が２μｍ以下とされており、０．２％耐力が高いので、先端に塑性変形が生じにくく、超音波振動プローブ３０の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
本実施形態である超音波振動プローブ３０の製造方法によれば、加工する部位にのみ加熱を行ってホーン部３１を形成しているので、ホーン部３１の結晶粒径が大きく、プローブ部３２の結晶粒径が小さい超音波振動プローブ３０を得ることが可能である。
【００２８】
本実施形態である超音波治療装置１によれば、ホーン部３１の結晶粒径が大きく、プローブ部３２の先端の結晶粒径が小さい構成とされた超音波振動プローブ３０を備えているので、超音波振動によりホーン部３１に発生する発熱を抑制することができる。また、プローブ部３２の先端の結晶粒径が小さいので強度が高く、プローブ部３２の先端に応力が負荷されても塑性変形が生じ難い。これらによって、超音波振動プローブ３０の劣化を抑制し、手術等を行う超音波治療装置１の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態である超音波振動プローブ、超音波振動プローブの製造方法、及び超音波治療装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３０】
上記の実施の形態では、ホーン部の結晶粒径が大きく、プローブ部の先端の結晶粒径が小さい場合について説明したが、相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されている構成の超音波振動プローブとされても良い。
また、図６で示すように、超音波振動プローブ１３０の基端から先端へと向かう方向（線上）に、結晶粒径の小さい領域ａと結晶粒径の大きい領域ｂが、一組以上交互に配置されている部位を有する構成とされても良い。例えば、腹腔鏡手術などで使用される超音波処置具は処置患部に応じて長さの異なった超音波振動プローブが使用される。超音波振動プローブが長い場合には、超音波発生振動部から伝達された超音波振動は、超音波振動プローブ１３０を伝達する間に熱エネルギーに変換されて減衰し、先端部では所望の振動を得られない不具合が生じることがある。この不具合を避ける為に、超音波振動プローブ１３０の基端から先端にかけての途中にホーン部を設けることによって、減衰した超音波振動を増幅させる。このプローブの基端から先端にかけての途中のホーン部では、超音波振動の増幅に伴う発熱が生じる為、相対的に結晶粒径が大きい領域で構成されるのが好ましく、発熱を抑制することができる。ホーン部以外は、結晶粒径が小さい領域で構成されていても良いため、結晶粒径の小さい領域ａと結晶粒径が大きい領域ｂが交互に配置される構成とされている。なお、プローブ基端から先端にかけての途中で設けられるホーン部は複数設けられていても良い。
上記のような理由により、図６で示すような結晶粒径の小さい領域ａと結晶粒径が大きい領域ｂが一組以上交互に配置されている構成が求められる場合がある。なお、一組とは、相対的に結晶粒径が小さい領域１つと、相対的に結晶粒径が大きい領域１つの組み合わせのことを意味している。
【００３１】
また、上記実施の形態では、アプセット加工によってプローブ部が形成される場合について説明したが、結晶粒が粗大化する温度以上に加熱した金属材料に切削加工を施してホーン部及びプローブ部を作製しても良い。
また、金属材料を切削加工してホーン部及びプローブ部を作製し、その後に結晶粒が粗大化する温度以上で熱処理を所定の部位に施しても良い。
また、結晶粒が粗大化する温度以上に加熱して、結晶粒が粗大化した金属材料と微細組織をもつ金属材料を接合した後に切削加工を施して超音波振動プローブを作製しても良い。
また、金属材料に結晶粒が粗大化する温度以上に熱処理を行い、電気アプセット法により、超音波振動プローブを製造する方法について説明したが、他の熱間鍛造方法を用いても良い。
【００３２】
また、上記の実施の形態では、超音波振動プローブを製造する際の熱処理方法が通電加熱の場合について説明したが、電気炉、バーナー、高周波加熱等を用いても良い。
【００３３】
また、上記の実施の形態において、熱処理を行い、結晶粒を粗大化させた後に、水冷などの急冷手段により急冷する構成としても良い。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されることはなく、技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００３５】
（発明例１）
市販の６４チタン合金の棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン部とプローブ部を作製した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度１１０５℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００３６】
（発明例２）
市販の６４チタン合金の棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン部とプローブ部を作製した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度１０４６℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００３７】
（比較例１）
市販の６４チタン合金の棒材に切削加工を施して、ホーン部とプローブ部を作製した。その後、最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００３８】
次に、本発明の実施例の性能の評価方法について説明する。
（Ａ）振動特性
各製造条件で得た超音波振動プローブのホーン部の他端を超音波振動発生部に接続し、超音波振動プローブの温度を測定した。超音波振動の条件は、６０ｋＨｚの超音波にて５分間の連続振動を行い、その際の最高発熱温度を測定した。温度については、放射温度計で測定した。
（Ｂ）結晶粒径
結晶粒径は、ホーン部の径と平行方向の断面の金属組織の観察を光学顕微鏡で行い、光学顕微鏡の観察写真を用いてＪＩＳ Ｇ ０５５１に準拠して測定した。
（Ｃ）０．２％耐力
結晶粒径がホーン部と同様の箇所から引張試験片を作製した。試験方法は、ＪＩＳ Ｚ２２０１及び２２４１に準拠して行った。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に、本発明例１、本発明例２、比較例１の評価の結果を示す。
発明例１及び発明例２では、ホーン部の結晶粒径が大きいために超音波振動時の発熱が小さく、また０．２％耐力が高く、良好な性能を示した。一方、比較例１では、結晶粒径が小さいために超音波振動時の発熱が大きく、超音波振動プローブの性能が発明例１及び発明例２と比較して劣った。
【００４１】
（発明例３）
市販のＪＩＳ４種の純チタンの棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン部とプローブ部を作製した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度１４６８℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００４２】
（比較例２）
市販のＪＩＳ４種の棒材に切削加工を施して、ホーン部とプローブ部を作製した。その後、最高到達温度６５０℃で真空加熱を行い、超音波振動プローブを得た。
【００４３】
【表２】
【００４４】
発明例３と比較例２について、上記の評価試験を行った結果を表２に示す。
発明例３は、結晶粒径が大きいため超音波振動時の最高到達温度が低く、また０．２％耐力が高く、良好な性能を示した。一方、比較例２は、結晶粒径が小さいために超音波振動時の最高到達温度が高く、発明例３と比較して性能が劣った。
【００４５】
（発明例４）
市販のジュラルミン（７０７５−Ｔ６）棒材を用いて、棒材の一端に電気アプセット加工を施し、さらに表面を切削加工で面削して表面酸化層を除去してホーン形状に加工した。電気アプセット加工の条件は、最高熱処理温度６１５℃（放射温度計で測定）で行った。次に、面削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度４２０℃で真空加熱を行い、ホーン部を得た。
次に、市販の６４チタン合金の棒材に切削加工を施して、プローブ形状に加工した。切削加工時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度６５０℃で真空加熱処理を行った。
そして、作製したホーン部の一端とプローブ部の基端とを、ネジ留めにて連結を行い、超音波振動プローブを得た。
【００４６】
（比較例３）
市販のジュラルミンの棒材に切削加工を施して作製してホーン形状に加工した。その後、切削時の表面の加工応力を除去するために最高到達温度４２０℃で真空加熱を行い、ホーン部を得た。次に、市販の６４チタン合金に切削加工を行いプローブ形状とし、さらに表面の加工応力を除去するために、最高到達温度６５０℃で真空加熱処理を行った。
【００４７】
【表３】
【００４８】
発明例４と比較例３について、上記の評価試験を行った結果を表３に示す。なお、引張試験については、ホーン部から試験片を作製し、実施した。
発明例４は、結晶粒径が大きいため超音波振動時の最高到達温度が低く、また０．２％耐力が高く、良好な性能を示した。また、このような構成の超音波振動プローブはコストを低減することが可能である。一方、比較例３は、ホーン部の結晶粒径が小さいために超音波振動時の最高到達温度が高く、発明例４と比較して性能が劣った。
【符号の説明】
【００４９】
１ 超音波治療装置
３０、１３０ 超音波振動プローブ
３１ ホーン部
３２ プローブ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を伝達する超音波振動プローブであって、
相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されていることを特徴とする超音波振動プローブ。
【請求項２】
前記超音波振動プローブは、超音波振動発生部に接続される基端と、前記基端から伝達された超音波振動を作用させる先端と、を有し、
前記基端から前記先端に向かう方向に沿って、前記相対的に結晶粒径が小さい領域と前記相対的に結晶粒径が大きい領域が一組以上交互に配置されている部位を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動プローブ。
【請求項３】
超音波振動を増幅するホーン部と、増幅された超音波振動を伝達するプローブ部と、を備え、
前記ホーン部と前記プローブ部とで結晶粒径が互いに異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波振動プローブ。
【請求項４】
前記ホーン部の結晶粒径が、前記プローブ部の結晶粒径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の超音波振動プローブ。
【請求項５】
純チタンからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項６】
チタン合金からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項７】
前記ホーン部はアルミニウム合金からなり、前記プローブ部はチタン合金からなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の超音波振動プローブ。
【請求項８】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項９】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項１０】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブの製造方法。
【請求項１１】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブの製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブを備えていることを特徴とする超音波治療装置。
【請求項１】
超音波振動を伝達する超音波振動プローブであって、
相対的に結晶粒径が小さい領域と相対的に結晶粒径が大きい領域が、それぞれ少なくとも一か所以上形成されていることを特徴とする超音波振動プローブ。
【請求項２】
前記超音波振動プローブは、超音波振動発生部に接続される基端と、前記基端から伝達された超音波振動を作用させる先端と、を有し、
前記基端から前記先端に向かう方向に沿って、前記相対的に結晶粒径が小さい領域と前記相対的に結晶粒径が大きい領域が一組以上交互に配置されている部位を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波振動プローブ。
【請求項３】
超音波振動を増幅するホーン部と、増幅された超音波振動を伝達するプローブ部と、を備え、
前記ホーン部と前記プローブ部とで結晶粒径が互いに異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波振動プローブ。
【請求項４】
前記ホーン部の結晶粒径が、前記プローブ部の結晶粒径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の超音波振動プローブ。
【請求項５】
純チタンからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項６】
チタン合金からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項７】
前記ホーン部はアルミニウム合金からなり、前記プローブ部はチタン合金からなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の超音波振動プローブ。
【請求項８】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項９】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブ。
【請求項１０】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブの製造方法。
【請求項１１】
結晶粒が粗大化する温度以上で部分的に加熱して鍛造することにより、相対的に結晶粒径が大きい領域を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブの製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波振動プローブを備えていることを特徴とする超音波治療装置。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０６６３５（Ｐ２０１３−１０６６３５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１５３０（Ｐ２０１１−２５１５３０）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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