共振换能器及其制造方法、具共振换能器的超声处置工具的制作方法

专利名称：共振换能器及其制造方法、具共振换能器的超声处置工具的制作方法
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エ具，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ロ部位尽可能地小，并且有效地采用内窥镜手术作为解决方案。对于内窥镜手木，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ー种工具。
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。另夕卜，“Enhancement of Vibration Amplitude of Micro Ultrasonic Scalpe丄using PZT Film”， Minoru KUROSAWA and Takeshi SASANUMA, Technical Report ofThe 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，并且该微型超声手木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，需要増大振动速度的喇叭部。然而，为了利用喇叭部増大振动速度，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 VibrationAmplitude of Micro Ultrasonic Scalpel using PZT Film” 描述了不具有喇机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1_。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，本发明提供了ー种共振换能器，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，根据抗张強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カ施加至压电膜。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I U m且等于或小于5 u m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，压电膜的内应カ为等于或大于IOOMPa的压缩应力。根据本发明，压电膜的内应カ是等于或大于IOOMpa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. Om/s。在本发明中，优选地,压电膜的内应カ是等于或大于300MPa的压缩应力。根据本发明，压电膜的内应カ是等于或大于300MPa的压缩应力，因此，可以在共振换能器具有矩形构造的情况下获得等于或大于7. Om/s的振动速度，从而带来更宽的设计范围。另外，在处置工具插入体内的部分中设置驱动部的情况下，驱动电压不能过高，但根据本发明，可以通过在处置工具能够在体内安全工作的电压范围内増大驱动电压来提高振动速度。在本发明中，优选地，振动板具有仅在与其振动方向垂直的方向上被支持的表面。根据本发明，振动板具有仅在与其振动方向垂直的方向上被支持的表面，因此，可以容易地使振动板振动。在本发明中，优选地，振动板具有比压电膜的热膨胀系数大的热膨胀系数。根据本发明，振动板具有比压电膜的热膨胀系数大的热膨胀系数。因此，当温度在以高温形成膜后返回至室温吋，由于振动板与压电膜之间的热膨胀系数差而引起变形。因此，可以向压电膜施加内应力。为了实现上述目的，本发明还提供了一种制造共振换能器的方法，包括以下步骤在等于或高于400°C的温度下在振动板上形成压电膜，该压电膜具有比振动板的热膨胀系数小的热膨胀系数；以及使振动板和压电膜的温度返回至室温，其中，由于振动板与压电膜之间的热膨胀系数差而将压缩应カ施加至压电膜。根据本发明，将热膨胀系数比振动板的热膨胀系数小的材料用于压电膜，并且在以等于或大于400°C的温度进行膜形成后使温度返回至室温，从而可以由于振动板与压电膜的热膨胀系数差而在振动板与压电膜之间引起变形。因此，可以向压电膜施加内应力。为了实现上述目的，本发明还提供了ー种包括上述共振换能器的超声处置工具。根据本发明的共振换能器可以达到高振动速度，因此，不需要振动放大部，或者振动放大部的变换比可以更小，从而处置部的尺寸可以更大。相应地，根据本发明的共振换能器适合用于超声处置工具。
在根据本发明的共振换能器、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中，在压电膜的形成期间将压缩应カ施加至其，从而可以达到高振动速度。


图IA和图IB是各自示出共振换能器的结构的平面图；图2是示出共振换能器的驱动部的结构的截面图；图3A是示意性地示出RF溅射设备的截面图，以及图3B是示意性地示出膜形成期间的状态的示图；图4是示出超声处置工具的总体构造图；
图5是示出根据示例的驱动电压与振动速度之间的关系的曲线图；以及图6是示出根据示例的压缩应力与最大振动速度之间的关系的曲线图。
具体实施例方式下文中，将參照附图详细描述根据本发明的共振换能器和包括该共振换能器的超声处置工具的实施例。[共振换能器]图IA是示意性地示出根据本发明第一实施例的共振换能器的结构的平面图，以及图IB是示意性地示出根据本发明第二实施例的共振换能器的结构的平面图。根据第二实施例的共振换能器与根据第一实施例的共振换能器的不同之处在于提供了増大驱动部的振动速度的振动放大部。以下主要给出了对根据第一实施例的共振换能器的描述。尽管根据第二实施例的共振换能器与根据第一实施例的共振换能器的不同之处在于提供了振动放大部，但是第二实施例的其他构造与第一实施例的其他构造相同。如图IA和图IB所示，共振换能器50包括驱动部56，其包括基板52上的压电元件54，并且使基板52振动；振动部58，其对应于基板52的前端，并且通过压电元件54的驱动而振动；支持部60，其支持驱动；以及固定部62，其将驱动部56固定于支持部60。共振换能器50在图IA的左右方向上振动。因此，优选地，驱动部56和振动部58具有在与振动方向垂直的方向上(即，在图IA的上下方向上)被固定部62固定于支持部60的表面。另夕卜，在第二实施例中，提供振动放大部157来提高在驱动部156中所获得的振动速度并且将提高了的振动速度传送至振动部158。应注意，如图1A、图IB和图2所示，压电元件54设置在驱动部56、固定部62、以及支持部60的一部分上，这是因为电极要连接至支持部60上的压电元件54。形成有压电元件54的位置不受特别限制，只要压电元件54形成在驱动部56上即可。第二实施例中的振动放大部的变换比可以利用驱动部在宽度方向上的长度、振动部在宽度方向上的长度和喇叭的形状确定。[压电元件]接下来，描述包括在根据本发明的共振换能器50中的压电元件54。如图2所示，压电兀件54包括按以下顺序层压在基板52上的下电极64、压电膜66和上电极68。下电极64和上电极68在压电兀件54的厚度方向上将电场施加至压电膜66。当施加电场时,压电膜66在与压电元件54的电场方向垂直的方向(d31方向)上扩展/收缩，从而该结构在基板52的纵向上(即，在与形成有压电元件54的基板52的表面平行的方向上)以扩展/收缩方式振动。基板52的材料示例包括Ti、Al、SUS和其合金。优选地，使用热膨胀系数比压电元件的热膨胀系数大的基板，以使得由于基板与压电膜之间的关系而向压电膜施加压缩应力。尤其优选的是使用Ti及其合金。在使用Ti及其合金的情况下，由于上述热膨胀系数的关系而可以容易地向压电膜施加压缩应力。另外，Ti及其合金可以安全地用于稍后将描述的超声处置工具或其他这样的工具。如果需要，可以提供下电极64。例如，在基板52由诸如金属的导电材料制成的情况下，压电膜66可以直接形成在基板52上，而无需提供下电极。下电极64的主要成分不受特别限制，并且其示例包括金属或 金属氧化物，诸如Au、Pt、Ir、IrO2, RuO2, LaNiO3和SrRuO3 ;以及它们的组合。上电极68的主要成分不受特别限制，并且其示例包括针对下电极64例示的材料；通常用在半导体エ艺中的电极材料，诸如Al、Ta、Cr和Cu ；以及它们的组
ム
ロ o压电膜66的材料的示例包括由以下通式(P)表达的ー种或多种类型的钙钛矿氧化物。通式AaBbO3... (P)(其中，A表示A位元素，至少ー种包含Pb的元素；B表示B位元素，选自包括Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe、Ni 和镧系元素的组的至少ー种元素；以及0表示氧原子。在标准情况下，a= 1.0并且b = 1.0，但这些数值可以在能够维持钙钛矿结构的范围内不为1.0。)如果根据以下气相沉积方法来形成压电膜，则所形成的压电膜可以具有使得l.O^a并且可靠地包含Pb的组成，并且可以具有甚至使得I. 0 < a并且富含Pb的组成。对a不存在任何特定上限，并且只要1.0I. 3，即可以获得具有良好压电性能的压电膜。下电极64和上电极68的厚度不受特别限制，并且例如是约200nm。压电元件66的厚度不受特别限制，并且通常等于或大于I U m,例如，I y m至5 y m。[形成压电膜的方法]接下来，描述了形成压电膜的方法。可以根据使用等离子体的气相沉积方法形成本发明的压电膜，并且可以基于以下各项之间的关系确定膜形成条件膜形成温度Ts(°C) ;Vs_Vf(V)，其为在膜形成期间等离子体的等离子体电位Vs(V)与浮接电位(floating potential) Vf (V)之间的差；以及要形成的膜的特性。可应用的气相沉积方法的示例包括溅射、离子束溅射、离子镀和等离子体CVD。涉及上述关系的膜的特性包括膜的晶体结构和/或膜成分，并且可以通过调整膜成分来改变压电膜的杨氏模量。參照图3A和图3B，使用溅射设备作为示例来描述使用等离子体的膜形成设备的构造示例。图3A是示意性地示出RF溅射设备的截面图，以及图3B是示意性地示出膜形成期间的状态的图。基板B设置在RF溅射设备200内部，并且RF溅射设备200大致由真空容器210，真空容器210包括加热器211，其可以将所设置的基板B加热到预定温度；以及等离子体电极(阴极电极)212，其产生等离子体。加热器211和等离子体电极212被放置为彼此面对且彼此之间具有间隔，并且具有与要形成的膜的成分对应成分的靶材(target) T被设置到等离子体电极212上。等离子体电极212连接至高频电源213。进气管214和出气管215附接至真空容器210。进气管214用于将膜形成所需的气体G引入真空容器210中，而出气管215用于将废气V从真空容器210排出。Ar、KrfO2混合气体或其他类似气体被用作气体G。如图3B中示意性地示出的，通过等离子体电极212的放电而将引入真空容器210中的气体G变成等离子体，从而产生诸如Ar离子的正离子Ip。利用所产生的正离子Ip溅射靶材T。受到正离子Ip溅射的靶材T的构成元素Tp从靶材射出，以中性或离子化状态沉积到基板B上。在图3B中，參考标记P表示等离子体空间。等离子体空间P的电位等于等离子体电位Vs(V)。通常，基板B是绝缘体，并且与大地电绝缘。因此，基板B处于浮接状态，并且其电位等于浮接电位Vf (V)。存在于靶材T 与基板B之间、并同时具有与等离子体空间P的电位和基板B的电位之间的电位差Vs-Vf的加速电压对应的动能的靶材构成元素Tp在膜形成期间撞击基板B。可以使用朗缪尔探针来测量等离子体电位Vs和浮接电位Vf。随着使得探针的电压比浮接电位Vf更高，离子电流逐渐减小，并且最终仅电子电流到达探针。在该边界处的电压是等离子体电位Vs。可以通过例如在基板与靶材之间提供接地来改变Vs-Vf。在使用等离子体的气相沉积方法中，影响要形成的膜的特性的可能因素包括膜形成温度；基板的类型；如果已在基板上形成了任意其他膜，则该下层膜的成分；基板的表面能；膜形成压カ；大气中包含的氧气量；输入电极；基板与靶材之间的距离；等离子中电子的温度和密度；以及等离子中活性物质的浓度和寿命。除了使用等离子体的上述气相沉积方法外，可以根据以下方法类似地形成本发明的压电膜气相方法，诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法和脉冲激光沉积(PLD)方法；诸如溶胶-凝胶方法的液相方法和金属有机分解方法；以及气溶胶沉积方法。替选地，还可以通过直接结合块陶瓷然后将块陶瓷磨光达到期望膜厚度来形成压电膜。由于基板与压电膜之间的热膨胀系数差，可以通过使膜形成温度变高而向压电膜施加压缩应力，但本发明并不限于此。形成压电膜的方法并不受特别限制，只要可以将压缩应力作为内应力施加至压电膜即可。[压电膜的性能]通常，陶瓷的抗张强度小于其抗压强度。例如，在PZT的情况下，抗张强度是小于抗压强度的一个数字(參见Piezoelectric Ceramics Technical Handbook, Table 7.9.2;Fuji Ceramics Corporation)。相应地,共振换能器的速度的最大值Vm取决于抗张强度Tm,并且可以通过以下表达式而获得。[表达式I]
T,TmVm =-
p c其中，P表示振动器的密度，并且c表示振动器的声速。由于抗张强度是指陶瓷破损的强度，实际上，陶瓷开始以比最大值Vm低的速度发热，并且共振换能器的速度因发热所引起的能量损耗而减小。因此，共振换能器的速度的极限值小于Vm。相应地，可以通过在初始阶段向压电膜施加压缩应力的偏压来增大压电膜的表面抗张强度。
压电膜的内应カ来自由于在压电膜的形成期间基板与压电膜之间的热膨胀系数差而产生的热应カ；压电膜的生长エ艺。本发明关注于由热应カ产生的内应力，从而压缩应力被施加至压电膜。例如，Ti-6A1-4V的热膨胀系数为8. 8ppm/で，并且PZT薄膜的热膨胀系数为6. 7ppm/°C。相应地，当温度从膜形成温度返回到室温吋，出现了相应于膜形成温度的变形量，因此，可以向压电膜施加压缩应力。结果，当使共振换能器振动时，可以施加比通常情况更高的抗张强度，因此，可以达到高振动速度。压电膜的内应カ优选地为等于或高于IOOMPa的压缩应力，并且更优选地为等于或高于300MPa的压缩应力。注意，根据以下的Stoney表达式，使用激光干涉仪、基于共振换能器的热变形量R来获得压电膜的内应力。 [表达式2]Stoney 表达式
Et2び=^其中，E和Vs分别表示基板的杨式模量和泊松比，以及和t分别表示压电膜和基板的厚度。[超声处置工具]接下来，描述根据本发明的包括共振换能器的超声处置工具的示例。图4是示出包括超声刀的超声处置工具10作为超声处置工具的示例的总体构造图。超声处置工具10包括刀部12，其在ESD处置中用作诸如针形刀和用于外表面切口和黏膜剥离的刀的超声刀(手木刀)(下文中也称为“切ロ/解剖刀”)；操作部主体14，其由操作者操作以将刀部12用作超声刀；以及高频发生设备16，其将高频电压供给至刀部12。刀部12包括刀片部(处置部)18、压电元件54、刀片固定部22、柔性外壳(连接部)24、第一电极(接地电位)26、第二电极28、树脂密封材料30和软线46。另外，操作部主体14包括用于操作刀片部18的环32a、环32b和环32c、以及作为用干与高频发生设备16连接的端子的连接器34。应注意，操作部主体14的连接器34通过高频电压软线38电连接至高频发生设备16。刀部12的刀片部18在ESD处置中用作用于外表面切ロ、环切(切割)、黏膜下剥离和其他这样的操作的切ロ /解剖刀。可以通过压电元件54的振动来使刀片部18振动。通过增大/减小施加至压电元件54的电场强度来使压电元件54扩展/收缩，从而使刀片部18在由图4的箭头所示的方向上超声振动，因而能够进行切ロ。刀片固定部22固定于外壳24的前端内部，并且具有支持刀片部18以使得刀片部18能够往复运动(进退)的功能。即，当刀片部18从外壳24的前端伸出和缩回时，刀片固定部22支持刀片部18以使得刀片部18可以相对于外壳24进退。外壳24由柔性绝缘材料制成，并且物理及电气保护刀片部18、压电元件54、第一电极26和第二电极28。第一电极26和第二电极28用于将高频电压供给至压电兀件54,第一电极26和第ニ电极28由导电材料制成，并且耦接至环32b和32c。树脂密封材料30用于密封外壳24的生物体侧。在本发明中，压电元件54可以提供在要插入体内的部分中，因此，优选地，以树脂覆盖压电元件54，以防止电击。另外，铅可以用作压电膜66的材料，因此，优选地，以树脂覆盖压电元件54。将树脂用作外壳24的密封材料可以减轻在驱动刀片部18期间共振频率的影响。接下来，描述操作部主体14的构造和作用。操作员将他的/她的拇指插入操作部主体14的环32a中并将他的/她的食指和中指插入作为操作滑块的环32b和32c中。在这种状态下，如果操作员相对于操作部主体14滑动操作滑块，则该滑动使得刀片部18经由耦接至操作滑块的柔性软线46相对于外壳24进退(往复运动)。 来自高频发生设备16的高频电压软线38连接至连接器34，并且第一电极26电连接至第二电极28。因此，来自高频发生设备16的高频电压被施加至第一电极26和第二电极28。然后，刀片部18因压电元件54的振动而超声振动，并且因而可以用作切ロ /解剖刀。包括上述超声刀的处置工具(内窥镜)的钳ロ的直径约为3mm。如果处置部具有振动放大部(喇叭形状)，则可以提高来自驱动部的振动速度。不过，随着喇叭的増大率越大，就需要处置部(振动部)的尺寸越小，这是因为可应用直径是有限的。如果处置部如此的越小，则处置所需的工作量越大，从而导致手术时间不利地延长。目前所使用的超声刀具有约1_的前端直径和约为3的变换比。在指数曲线形喇叭的情况下，可以根据振动部与处置部的直径比来获得变换比，因此，优选地，设置等于或小于2的变换比。超声手木刀所需的振动速度等于或大于7m/s。因此，为了获得等于或小于2的变换比，优选地使用不具有变换比的矩形构造并且将其振动速度设置为等于或大于3. 5m/s。应注意，根据本发明的共振换能器不限制性地应用于上述超声刀，而是还可以应用于各种致动器、共振器、感测器、振荡器和任何其他适合的装置。[示例]使用Ti合金的基板(即，抗张强度为800MPa的Ti_6Al_4V)来制造如图IA所示的具有这种矩形构造的共振换能器。振动部被固定部固定于支持部。基板的厚度为0. 3mm。厚度为50nm的第一层TiW和厚度为150nm的第二层Ir通过溅射形成在基板上作为下电扱。通过在膜形成温度为550°C (示例I)、膜形成温度为600°C (示例2)以及膜形成温度为650°C (示例3)的各种条件下进行溅射而在下电极上形成锆钛酸铅(PZT)膜。压电膜的厚度为4 ii m。接下来，厚度为50nm的第一层TiW和厚度为150nm的第二层Pt通过溅射形成在压电膜上作为上电扱。膜形成条件设置如下膜形成设备Rf溅射设备；靶材=Pb1.3((Zra52Tia48)a88Nbai2) O3 烧结体(包含在 B 位中的 Nb 量12mol % )；基板温度450°C；基板与靶材之间的距离60mm ；膜形成压カ0. 29Pa ；以及膜形成气体Ar/02 = 97 . 5/2 . 5 (摩尔比率)。获得了施加至这样制造的共振换能器的压缩应力。另外，0. 7V的电压被施加至电连接至下电极的Ti基板和电连接至上电极的电极垫，从而使振动部振动。然后，使用激光多普勒测振仪来测量共振换能器的侧面的振动速度，从而获得共振频率。对于所获得的共振频率，通过改变驱动电压获得振动速度。表格I以及图5和图6中示出了結果。应注意，对于根据示例I至3的全部压电膜，在(100)方向上的定向度等于或大于80%，并且压电常数 d31 为 200pm/V 至 250pm/V。[表格I]
膜形成温度压缩应力共振频率最大速度
不例 I55CTCIOOMPs291.03Hz3. 7m/s '
不例 2600°C220MPs293. 32Hz5.2m/s '
不例 3650°C300MPs292.68Hz7.8m/s '參照图5，对于根据示例I至3的全部样本，在电压等于或小于IOV的区域中可以获得基本上相同的振动速度。在示例I中，在22V处可以获得3. 7m/s的峰值振动速度。然而，随着电压进ー步増大，速度在28V处减小。其原因被认为如下。由于压缩应カ小，当振动速度变为等于或大于3m/s时，在振动期间由于拉伸应カ而造成开始发热，从而导致能量损耗増大。随着电压越高，输入能量越大。因此，发热量也更大，并且在给定的峰值电压后，振动速度开始减小。在示例2中，在22V处可以获得5. 2m/s的最大振动速度。由于示例2中的压缩应力大于示例I中的压缩应力，因此，可以获得比示例I中更高的速度。然而，即使在示例2中，当施加了等于或大于22V的电压时，在振动期间也由于拉伸应カ而造成开始发热，从而速度减小。在示例3中，在28V处可以获得7. 8m/s的最大振动速度。即使当电压增大时，速度也不会减小，并且驱动电压与振动速度之间存在成比例关系。图6是示出压缩应力与最大振动速度之间的关系的曲线图。已发现压缩应カ与最大振动速度之间的线性关系，并且利用近似曲线获得了 I = 0. 02x+l. 46。考虑到超声刀所需的振动速度等于或大于7m/s的事实，振动速度在矩形构造(不具有喇叭的构造)的情况下必须等于或大于3. 5m/s。因此，需要将压缩应カ设置为等于或大于lOOMPa，从而可以使用根据示例I至3的样本来获得变换比等于或小于2. 0的共振换能器。另外，如果如示例3中一样将施加至压电膜的压缩应カ设置为等于或大于300MPa，则振动速度可以等于或大于7m/s。因此，可以在不提供喇叭部(振动放大部)的情况下实现作为超声刀的功能，从而处置部的尺寸可以更大。另外，在驱动部形成在要插入体内的部分中的情况下，优选地将驱动电压抑制得较低，即等于或小于30V。在示例3中，如图5所示，发现了通过在驱动电压等于或小于30V的范围内増大驱动电压来提高振动速度。作为对比不例，被引用作为现有技术的"Enhancement of Vibration Amplitudeof Micro Ultrasonic Scalpel using PZT Film " , Minoru KUROSAWA and TakeshiSASANUMA， Technical Report of The Institute of Electronics， Information andCommunication Engineers (IEICE), US2009-109 (213) 31 描述了在压电兀件形成在基板的ー个表面上的情况下，在20V的驱动电压处，振动速度约为2m/s (參见该技术报告的图11)。 压电膜通过水热合成法来形成，因此，认为内应カ未施加至压电膜。根据该技术报告显而易见的是，具有低压缩应力的共振换能器不能达到足够的振动速度。
权利要求
1.ー种共振换能器，包括 振动板；以及 压电元件，其包括层压在所述振动板上的压电膜和上电极，其中， 所述压电膜被施加有压缩应力。
2.根据权利要求I所述的共振换能器，其中， 所述振动板在与形成有所述压电元件的表面平行的方向上以扩展/收缩方式振动。
3.根据权利要求I或2所述的共振换能器，其中， 所述压电膜具有等于或大于I U m且等于或小于5 y m的厚度。
4.根据权利要求I或2所述的共振换能器，其中， 所述压电膜的内应カ为等于或大于IOOMPa的压缩应力。
5.根据权利要求I或2所述的共振换能器，其中， 所述压电膜的内应カ是等于或大于300MPa的压缩应力。
6.根据权利要求I或2所述的共振换能器，其中， 所述振动板具有仅在与所述振动板的振动方向垂直的方向上被支持的表面。
7.根据权利要求I或2所述的共振换能器，其中， 所述振动板具有比所述压电膜的热膨胀系数大的热膨胀系数。
8.—种制造共振换能器的方法，包括以下步骤 在等于或高于400°C的温度下在振动板上形成压电膜，所述压电膜具有比所述振动板的热膨胀系数小的热膨胀系数；以及 使所述振动板和所述压电膜的温度返回至室温，其中， 由于所述振动板与所述压电膜之间的热膨胀系数差而将压缩应カ施加至所述压电膜。
9.一种超声手木工具，包括根据权利要求I或2所述的共振换能器。
全文摘要
提供了一种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所述共振换能器的超声处置工具。具体地，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，压电膜被施加有压缩应力，并且提供了一种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。优选地，施加至压电膜的内应力为等于大于100MPa的压缩应力。
文档编号A61B17/00GK102648862SQ20121004831
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者平林恭稔, 藤井隆满 申请人:富士胶片株式会社