CN104602631B - 超声波传递单元 - Google Patents

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Abstract

超声波传递单元的第1振动部包括：基端侧中继部，其设于第1振动主体部，且位于作为第1波腹位置之一的中继波腹位置。第2振动部包括：顶端侧中继部，其以与所述第1振动部的所述基端侧中继部连续或者与所述第1振动部的所述基端侧中继部抵接的状态设于第2振动主体部，该顶端侧中继部位于与第2波腹位置和第2波节位置不同的中途位置；以及非接触振动部，所述第2振动部的基端位于该非接触振动部，该非接触振动部以不与所述第1振动部接触的状态自所述顶端侧中继部向基端方向侧延伸设置。

Description

超声波传递单元
技术领域
本发明涉及一种沿着长度轴线延伸设置且能够从基端方向朝向顶端方向传递超声波振动的超声波传递单元。此外，还涉及一种具备该超声波传递单元的超声波处理装置。
背景技术
在专利文献1和专利文献2中公开了一种沿着长度轴线延伸设置的超声波传递单元。各个超声波传递单元分别具备柱状部和与柱状部的顶端方向侧连接的超声波探头。在柱状部上安装有超声波振子等用于产生超声波振动的超声波产生部。在超声波产生部产生的超声波振动通过柱状部和超声波探头被从基端方向朝向顶端方向传递。即，在超声波传递单元中，能够从基端方向朝向顶端方向传递超声波振动。
此外，在各个超声波传递单元的柱状部分别设有与长度轴线垂直的截面积发生变化的截面积变化部(变幅杆部)。利用该截面积变化部，使在超声波产生部产生的超声波振动的振幅放大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2010－535089号公报
专利文献2：日本特表2000－506431号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，在利用截面积变化部(变幅杆部)使超声波振动的振幅放大的情况下，振幅放大的比例根据截面积的变化程度(大小)而决定。也就是说，在所述专利文献1和所述专利文献2的超声波传递单元中，为了使超声波振动放大至所期望的振幅，需要增大截面积的变化。但是，为了增大截面积的变化，需要在比截面积变化部(变幅杆部)靠基端方向侧充分地增大超声波传递单元的与长度轴线垂直的截面积。因此，在比截面积变化部靠基端方向侧，超声波传递单元的外径变粗。此外，通过在比截面积变化部靠基端方向侧超声波传递单元的外径变粗，在形成超声波探头时切削的量变多。
本发明即是着眼于所述课题而完成的，其目的在于提供能够有效地使超声波振动的振幅放大的超声波传递单元和超声波处理装置。
用于解决问题的方案
为了达到所述目的，本发明的一个技术方案是一种超声波传递单元，其沿着长度轴线延伸设置，能够从基端方向朝向顶端方向传递超声波振动，其中，该超声波传递单元具备：第1振动部，其通过被传递所述超声波振动，从而以预定的频率进行具有第1波腹位置和第1波节位置的第1振动；以及第2振动部，其通过自所述第1振动部被传递所述超声波振动，从而以与所述第1振动相同的所述预定的频率进行具有第2波腹位置和第2波节位置的第2振动，所述第1振动部包括：第1振动主体部；以及基端侧中继部，其设于所述第1振动主体部，且位于作为所述第1波腹位置之一的中继波腹位置，所述第2振动部包括：所述第2振动主体部；顶端侧中继部，其以与所述第1振动部的所述基端侧中继部连续或者与所述第1振动部的所述基端侧中继部抵接的状态设于所述第2振动主体部，该顶端侧中继部位于与所述第2波腹位置和所述第2波节位置不同的中途位置；以及非接触振动部，所述第2振动部的基端位于该非接触振动部，该非接触振动部以不与所述第1振动部接触的状态自所述顶端侧中继部向所述基端方向侧延伸设置。
发明的效果
采用本发明，能够提供能够有效地使超声波振动的振幅放大的超声波传递单元和超声波处理装置。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的超声波处理装置的概略图。
图2是概略地表示第1实施方式的振子壳体的内部结构的剖视图。
图3是概略地表示第1实施方式的超声波传递单元的结构的立体图。
图4是概略地表示第1实施方式的超声波探头的结构的剖视图。
图5是表示第1实施方式的第1振动部以单体进行振动的情况下的、第1振动相对于第1振动部上的沿着长度轴线的位置变化而产生的变化的概略图。
图6是表示第1实施方式的第2振动部以单体进行振动的情况下的、第2振动相对于第2振动部上的沿着长度轴线的位置变化而产生的变化的概略图。
图7是表示第1实施方式的超声波探头振动的情况下的、第1振动和第2振动相对于超声波探头上的沿着长度轴线的位置变化而产生的变化的概略图。
图8是表示第1实施方式的超声波探头进行振动的情况下的、第1振动部的中继波腹位置处的第1振动的随时间的变化的概略图。
图9是表示第1实施方式的超声波探头振动的情况下的、第2振动部的中途位置处的第2振动的随时间的变化的概略图。
图10是表示第1实施方式的超声波探头振动的情况下的、第2振动部的最顶端波腹位置处的第2振动的随时间的变化的概略图。
图11是表示在第1实施方式的第2振动部中使中途位置的位置在近设波节位置和近设波腹位置之间沿着长度轴线发生变化的情况下的、第2振动的第2波腹位置处的第2振幅相对于第1振动的第1波腹位置处的第1振幅的放大比率的概略图。
图12是概略地表示第1变形例的超声波探头的结构的剖视图。
图13是表示第1变形例的超声波探头振动的情况下的、第1振动和第2振动相对于超声波探头上的沿着长度轴线的位置变化而产生的变化的概略图。
图14是表示第1变形例的超声波探头振动情况下的、第2振动部的最顶端波腹位置处的第2振动的随时间的变化的概略图。
图15是表示在第1变形例的第2振动部中使中途位置的位置在近设波节位置和近设波腹位置之间沿着长度轴线发生变化的情况下的、第2振动的第2波腹位置处的第2振幅相对于第1振动的第1波腹位置处的第1振幅的放大比率的概略图。
图16是概略地表示第2变形例的超声波探头的结构的剖视图。
图17是概略地表示第3变形例的超声波探头的结构的剖视图。
图18是概略地表示第4变形例的超声波探头的结构的剖视图。
图19是表示第5变形例的超声波传递单元的结构的概略图。
图20是概略地表示第6变形例的超声波传递单元的结构的立体图。
具体实施方式
(第1实施方式)
参照图1～图11说明本发明的第1实施方式。图1是表示本实施方式的超声波处理装置1的图。如图1所示，超声波处理装置1具有长度轴线C。在此，将与长度轴线C平行的2个方向中的一者设为顶端方向(图1中的箭头C1的方向)，将与顶端方向相反的方向设为基端方向(图1中的箭头C2的方向)。超声波处理装置1(超声波处理系统)具备振动产生单元2、沿着长度轴线C延伸设置的超声波传递单元3、以及用于生成向振动产生单元2供给的能量的电源单元6。另外，在本实施方式中，由振动产生单元2和超声超声波传递单元3构成超声波处理器具。
振动产生单元2具备振子壳体11。在振动产生单元2(振子壳体11)的基端连接有线缆5的一端。线缆5的另一端连接于电源单元6。电源单元6具备电流供给部7和输入部9。
图2是表示振动产生单元2的内部结构的图。如图2所示，在振子壳体11的内部设有作为超声波产生部的超声波振子12，该超声波振子12具备用于将电流转换为超声波振动的压电元件12A～12C。在超声波振子12上连接有电布线13A、13B的一端。电布线13A、13B的另一端通过线缆5的内部连接于电源单元6的电流供给部7。通过自电流供给部7经由电布线13A、13B向超声波振子12供给电流，从而在超声波振子12中产生超声波振动。
图3是表示超声波传递单元3的结构的图。如图2和图3所示，超声波传递单元3具备柱状部15。在柱状部15上安装有超声波振子12。通过向压电元件12A～12C等构成超声波振子12的构件中贯穿柱状部15，从而超声波振子12安装于柱状部15。柱状部15安装于振子壳体11。在柱状部15的顶端部形成有外螺纹部17。此外，超声波传递单元3具备作为第1传递构件的第1探头构件21和作为第2传递构件的第2探头构件22。第1探头构件21和第2探头构件22成为作为超声波传递体的超声波探头20。
图4是表示在第1探头构件21上安装有第2探头构件22的超声波探头20的结构的图。如图3和图4所示，第1探头构件21的基端成为超声波探头20的基端。在第1探头构件21的基端部形成有内螺纹部23。通过内螺纹部23与柱状部15的外螺纹部17螺纹接合，从而第1探头构件21安装于柱状部15。此外，在第1探头构件21的顶端部形成有内螺纹部25。
在第2探头构件22上设有外螺纹部26。通过外螺纹部26与第1探头构件21的内螺纹部25螺纹接合，从而第2探头构件22安装于第1探头构件21。通过在柱状部15上安装第1探头构件21，在第1探头构件21上安装第2探头构件22，从而形成超声波传递单元3。
在柱状部15上安装有超声波振子12的状态下，在超声波振子12中产生的超声波振动被传递到超声波传递单元3的柱状部15。而且，在超声波传递单元3中，从基端方向朝向顶端方向传递超声波振动。由此，超声波传递单元3进行振动方向和传递方向与长度轴线C平行的纵向振动。
超声波探头20具备通过被传递超声波振动而以预定的频率f0进行第1振动的第1振动部31和通过被传递超声波振动而以与第1振动相同的预定的频率f0进行第2振动的第2振动部32。在本实施方式中，第1探头构件21成为第1振动部31，第2探头构件22成为第2振动部32。
在超声波探头20连接于柱状部15的状态下，自柱状部15向第1振动部31传递超声波振动。由此，第1振动部31进行具有第1波腹位置(first antinode positions)A1、A2和第1波节位置(first node position)N1的第1振动。然后，自第1振动部31向第2振动部32传递超声波振动。由此，第2振动部32进行具有第2波腹位置(second antinode positions)A’1～A’4和第2波节位置(second node position)N’1～N’3的第2振动。
另外，与第1振动部31相同形状的第1探头构件21通过被传递超声波振动，从而即使在没有安装第2探头构件22的状态下也以预定的频率f0振动。此外，与第2振动部32相同形状的第2探头构件22通过被传递超声波振动，从而即使在没有安装于第1探头构件21的状态下也以预定的频率f0振动。
第1振动部31具备第1振动主体部35。在第1振动主体部35上设有基端侧中继部36。基端侧中继部36位于第1振动主体部35的顶端(在本实施方式中是第1振动部31的顶端)。此外，在第1振动部31上从第1振动主体部35的顶端朝向基端方向形成有中空部37。
第2振动部32具备第2振动主体部41。在本实施方式中，第2振动主体部41的顶端成为第2振动部32的顶端。在第2振动主体部41上设有顶端侧中继部42。顶端侧中继部42位于第2振动主体部41的基端侧部分。在第1探头构件21上安装有第2探头构件22的状态下，顶端侧中继部42与第1振动部31的基端侧中继部36抵接。即，基端侧中继部36的位置和顶端侧中继部42的位置在与长度轴线C平行的方向上对齐。通过顶端侧中继部42与基端侧中继部36抵接，能够从第1振动部31向第2振动部32传递超声波振动。
此外，第2振动部32具备自顶端侧中继部42向基端方向侧延伸设置的非接触振动部43。非接触振动部43的基端成为第2振动部32的基端。即，第2振动部32的基端位于非接触振动部43。在非接触振动部43的顶端方向侧连续有第2振动主体部41。在顶端侧中继部42与基端侧中继部36抵接的状态下，非接触振动部43插入到第1振动主体部35的中空部37。即，非接触振动部43自位于第1振动部31的顶端的基端侧中继部36向基端方向侧延伸设置。在插入到中空部37中的状态下，非接触振动部43不与第1振动部31接触。
接着，说明超声波传递单元3(超声波探头20)的作用和效果。在利用超声波传递单元3对生物体组织等处理对象进行处理时，利用输入部9的操作，从电流供给部7经由电布线13A、13B向超声波振子12供给预定的大小和预定的频率的电流。由此，在超声波振子12中产生超声波振动，通过柱状部15向超声波探头20传递超声波振动。通过从柱状部15向第1振动部31传递超声波振动，从而第1振动部31以预定的频率f0进行第1振动。而且，通过从第1振动部31向第2振动部32传递超声波振动，从而第2振动部32以与第1振动相同的预定的频率f0进行第2振动。在使超声波探头20振动的状态下，超声波探头20的顶端部对处理对象进行处理。此时，通过超声波探头20的顶端处的超声波振动的振幅变大，能够利用超声波振动高效地对处理对象进行处理。
在此，与第1振动部31相同形状的第1探头构件21通过被传递超声波振动，从而即使在没有安装第2探头构件22的状态下也以预定的频率f0振动。即，第1振动部31(第1探头构件21)即使是单体也以预定的频率f0进行第1振动。
图5是表示第1振动部31以单体进行振动的情况下的、第1振动(v1)相对于第1振动部31上的沿着长度轴线C的位置S的变化而产生的变化的图。另外，在图5中表示了时间t＝t1、t2、t3、t4时的第1振动(v1)。如图3和图5所示，在预定的频率f0的第1振动中，作为第1振动主体部35的顶端(第1振动部31的顶端)的位置S1成为第1波腹位置A1。此外，在第1振动中，作为第1振动主体部35的基端(第1振动部31的基端)的位置S3成为第1波腹位置A2。在第1振动部31中，顶端成为第1波腹位置A1，基端成为第1波腹位置A2，因此能够以预定的频率f0振动。而且，位于位置S1和位置S3的中间位置的位置S2成为第1振动的第1波节位置N1。
在此，将第1振动部31的沿着长度轴线C的各个位置(S)处的第1振动的振幅设为第1振幅。在第1振动部31的单体时的第1振动中，第1波腹位置A1、A2处的第1振幅成为大小V1。此外，在第1振动部31中，基端侧中继部36位于第1波腹位置A1。在此，第1波腹位置A1是第1波腹位置A1、A2中的一处，成为基端侧中继部36所处的中继波腹位置。
此外，与第2振动部32相同形状的第2探头构件22通过被传递超声波振动，从而即使在没有安装于第1探头构件21的状态下也以预定的频率f0振动。即，第2振动部32(第2探头构件22)即使是单体也以预定的频率f0进行第2振动。
图6是表示第2振动部32以单体振动的情况下的、第2振动(v2)相对于第2振动部32上的沿着长度轴线C的位置S’的变化而产生的变化的图。另外，在图6中表示了时间t＝t1、t2、t3、t4时的第2振动(v2)。如图3和图6所示，在第2振动中，作为第2振动主体部41的顶端(第2振动部32的顶端)的位置S’1成为第2波腹位置A’1。此外，在第2振动中，作为第2振动部32的基端(非接触振动部43的基端)的位置S’7成为第2波腹位置A’4。在第2振动部32中，顶端成为第2波腹位置A’1，基端成为第2波腹位置A’4，因此能够以预定的频率f0振动。
此外，在第2振动部32中，位置S’2～S’6在与长度轴线C平行的方向上位于位置S’1和位置S’7之间。在第2振动中，位置S’3成为第2波腹位置A’2，位置S’5成为第2波腹位置A’3。而且，在第2振动中，位置S’2成为第2波节位置N’1，位置S’4成为第2波节位置N’2，位置S’6成为第2波节位置N’3。
在此，将第2振动部32的沿着长度轴线C的各个位置(S’)处的第2振动的振幅设为第2振幅。在第2振动部32的单体时的第2振动中，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅成为大小V2a。第2振动部32以单体振动的情况下的第2波腹位置A’1～A’4的第2振幅的大小V2a与第1振动部31以单体振动的情况下的第1波腹位置A1、A2的第1振幅的大小V1相同。在此，第2波腹位置A’1～A’4中的位于最靠顶端方向侧的位置的第2波腹位置A’1成为最顶端波腹位置。
此外，顶端侧中继部42位于与第2振动的第2波腹位置A’1～A’4和第2波节位置N’1～N’3不同的中途位置M。在本实施方式中，中途位置M位于第2波节位置N’3和第2波腹位置A’4之间。即，中途位置M位于从顶端方向侧数第3个第2波节位置N’3和从顶端方向侧数第4个第2波腹位置A’4之间。
此外，在第1探头构件21上安装有第2探头构件22的超声波探头20也通过被传递超声波振动而以预定的频率f0振动。此时，第1振动部31以预定的频率f0进行第1振动，第2振动部32以预定的频率f0进行第2振动。
图7是表示在第1探头构件21上安装有第2探头构件22的超声波探头20振动的情况下的、第1振动(v1)和第2振动(v2)相对于超声波探头20上的沿着长度轴线C的位置(S、S’)的变化而产生的变化的图。另外，在图7中表示了时间t＝t1、t2、t3、t4时的第1振动(v1)和第2振动(v2)。此外，在图7中，用虚线表示第1振动部31的第1振动，用实线表示第2振动部32的第2振动。
如图4和图7所示，在超声波探头20振动的情况下，与第1振动部31以单体进行第1振动的情况同样，第1振动部31也以预定的频率f0进行第1振动。因此，第1波腹位置A1、A2和第1波节位置N1与第1振动部31以单体进行第1振动的情况下的第1波腹位置A1、A2和第1波节位置N1在与长度轴线C平行的方向上成为相同的位置。此外，在超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下，与第1振动部31以单体振动的情况同样，第1波腹位置A1、A2处的第1振幅也成为大小V1。
此外，在超声波探头20振动的情况下，与第2振动部32以单体进行第2振动的情况同样，第2振动部32以预定的频率f0进行第2振动。因此，第2波腹位置A’1～A’4和第2波节位置N’1～N’3与第2振动部32以单体进行第2振动的情况下的第2波腹位置A’1～A’4和第2波节位置N’1～N’3在与长度轴线C平行的方向上成为相同的位置。
在此，在超声波探头20中，自第1振动部31经由基端侧中继部36和顶端侧中继部42向第2振动部32传递超声波振动。基端侧中继部36位于第1振动的第1波腹位置A1，顶端侧中继部42位于第2振动的中途位置M。在超声波探头20中，顶端侧中继部42与基端侧中继部36抵接，第1波腹位置A1和中途位置M在与长度轴线C平行的方向上对齐。
图8是表示在第1振动部31上安装有第2振动部32的超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下的、中继波腹位置(A1)处的第1振动的随时间的变化的图。此外，图9是表示超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下的、中途位置M处的第2振动的随时间的变化的图。如图7～图9所示，在超声波探头20振动的情况下，中继波腹位置(A1)处的第1振动的第1振幅成为大小V1。此外，中途位置M处的第2振动的第2振幅成为大小V2b。
在此，顶端侧中继部42与基端侧中继部36抵接，第1波腹位置A1和中途位置M在与长度轴线C平行的方向上对齐。因此，中途位置M处的第2振幅的大小V2b与中继波腹位置A1处的第1振幅的大小V1相同。此外，中继波腹位置(第1波腹位置)A1处的第1振动和中途位置M处的第2振动彼此成为相同相位。
在超声波探头20振动的情况下，与第2波腹位置A’1～A’4不同的中途位置M处的第2振幅的大小V2b与第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅V1相同。在第2振动中，第2波腹位置A’1～A’4的第2振幅大于中途位置M处的第2振幅。因此，在超声波探头20(超声波传递单元3)以预定的频率f0振动的情况下，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c大于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅V1。
像前述那样，未设有与长度轴线C垂直的截面积发生变化的截面积变化部(变幅杆部)，就能够使位于第2振动部32的顶端(超声波探头20的顶端)的最顶端波腹位置(A’1)处的超声波振动的第2振幅放大。由此，即使在未设有截面积变化部的情况下，也能够利用超声波振动高效地对处理对象进行处理。
图10是表示超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下的、最顶端波腹位置(A’1)处的第2振动的随时间的变化的图。像前述那样，作为最顶端波腹位置的第2波腹位置A’1位于第2振动部32的顶端。而且，如图10所示，第2波腹位置A’1处的第2振幅的大小V2c大于作为中继波腹位置的第1波腹位置(A1)处的第1振幅的大小V1。此外，在第2振动中，中途位置M位于第2波节位置N’3和第2波腹位置A’4之间。在这种情况下，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动与第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位相反。
在此，将n设为自然数。在中途位置M位于从顶端方向侧数第n个第2波节位置N’n和从顶端方向侧数第(n+1)个第2波腹位置A’n+1之间的情况下，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动和第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动之间的关系与本实施方式是同样的。即，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动与第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位相反。
在本实施方式中，第2波节位置N’3成为第2波节位置N’1～N’3中的位于最靠近中途位置M的位置的近设波节位置。此外，第2波腹位置A’4成为第2波腹位置A’1～A’4中的位于最靠近中途位置M的位置的近设波腹位置。图11表示在第2振动部32中使中途位置M的位置在近设波节位置(N’3)和近设波腹位置(A’4)之间沿着长度轴线C变化的情况下的、第2振动的第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅相对于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的放大比率E。
像前述那样，中途位置M处的第2振幅的大小V2b与作为中继波腹位置的第1波腹位置A1处的第1振幅的大小V1相同。因此，与中途位置M的位置沿着长度轴线C的变化无关地，中途位置M处的第2振幅的大小V2b与第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1相同。即，中途位置M处的第2振幅的大小V2b不会由于中途位置M沿着长度轴线C的位置变化而变化。
另一方面，随着中途位置M的位置靠近近设波节位置(N’3)，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c相对于中途位置M处的第2振幅的大小V2b的比率E’变大。由于中继波腹位置(A1)处的第1振幅的大小V1与中途位置M处的第2振幅的大小V2b相同，因此，如图11所示，随着中途位置M的位置靠近近设波节位置(N’3)，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c相对于第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1的放大比率E变大。
在此，将近设波节位置(N’3)和中途位置M之间的沿着长度轴线C的尺寸设为第1轴线平行尺寸L1，将近设波腹位置(A’4)和中途位置M之间的沿着长度轴线C的尺寸设为第2轴线平行尺寸L2。通过使第1轴线平行尺寸L1小于第2轴线平行尺寸L2，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅相对于第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的放大比率E变大。在本实施方式中，期望的是，以使放大比率E为3以上的方式设定第1轴线平行尺寸L1和第2轴线平行尺寸L2。由此，位于第2振动部32的顶端的最顶端波腹位置(A’1)处的第2振动的第2振幅进一步放大。因而，能够利用超声波振动更高效地对处理对象进行处理。
另外，在中途位置M与作为近设波腹位置的第2波腹位置A’4对齐的情况下，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅相对于第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的放大比率E的值为1，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅不放大。另一方面，在中途位置M与作为近设波节位置的第2波节位置N’3对齐的情况下，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅相对于第1波腹位置处的第1振幅的放大比率E变大至无限大，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅变得无限大。通过第2振幅变大至无限大的部位产生于超声波探头20，从而导致超声波探头20中的超声波振动的传递性降低。根据前述的观点，通过第2振动的中途位置M与第2波腹位置A’1～A’4和第2波节位置N’1～N’3不同，能够有效地放大第2振动部32的顶端(超声波探头20的顶端)处的超声波振动的第2振幅。
像前述那样，在超声波探头20中未设有与长度轴线C垂直的截面积发生变化的截面积变化部，就能够使第2振动部32的顶端(超声波探头20的顶端)处的超声波振动的第2振幅放大。由此，即使在未设有截面积变化部的情况下，也能够利用超声波振动高效地对处理对象进行处理。此外，通过未设有截面积变化部，能够在细长的超声波传递单元3的制造中削减工时和成本。
(变形例)
另外，在第1实施方式中，设有顶端侧中继部42的中途位置M位于第2波节位置N’3和第2波腹位置A’4之间，但并不限定于此。图12是表示在第1探头构件21上安装有第1变形例的第2探头构件22的超声波探头20的结构的图。图13是表示在第1振动部31上安装有第2振动部32的超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下的、第1振动(v1)和第2振动(v2)相对于超声波探头20上的沿着长度轴线C的位置(S、S’)的变化而产生的变化的图。另外，在图13中表示了时间t＝t1、t2、t3、t4时的第1振动(v1)和第2振动(v2)。此外，在图13中用虚线表示第1振动部31的第1振动，用实线表示第2振动部32的第2振动。
如图12和图13所示，在本实施方式中，第1波腹位置A1、A2、第1波节位置N1、第2波腹位置A’1～A’4以及第2波节位置N’1～N’3也位于与第1实施方式相同的位置。而且，第1波腹位置A1成为基端侧中继部36所处的中继波腹位置。此外，顶端侧中继部42所处的中途位置M与第2振动的第2波腹位置A’1～A’4和第2波节位置N’1～N’3不同。
但是，在本变形例中，与第1实施方式不同，中途位置M位于第2波腹位置A’3和第2波节位置N’3之间。即，中途位置M位于从顶端方向侧数第3个第2波腹位置A’3和从顶端方向侧数第3个第2波节位置N’3之间。
在本变形例中，与第1实施方式同样，中途位置M处的第2振幅的大小V2b也与第1波腹位置A1(、A2)处的第1振幅的大小V1相同。此外，中继波腹位置(第1波腹位置)A1处的第1振动和中途位置M处的第2振动的相位彼此相同。在第2振动中，与第2波腹位置A’1～A’4不同的中途位置M处的第2振幅的大小V2b与第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1相同。因此，第2振动的第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c大于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1。
图14是表示超声波探头20振动的情况下的、最顶端波腹位置(A’1)处的第2振动的随时间的变化的图。像前述那样，作为最顶端波腹位置的第2波腹位置A’1位于第2振动部32的顶端。而且，如图14所示，第2波腹位置A’1处的第2振幅的大小V2c大于作为中继波腹位置的第1波腹位置(A1)处的第1振幅的大小V1。此外，在第2振动中，中途位置M位于第2波腹位置A’3和第2波节位置N’3之间。在这种情况下，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动与第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位相同。
在此，将n设为自然数。在中途位置M位于从顶端方向侧数第n个第2波腹位置A’n和从顶端方向侧数第n个第2波节位置N’n之间的情况下，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动和第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动之间的关系与本变形例是同样的。即，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动与第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位相同。
在第1实施方式中，通过使中途位置M位于从顶端方向侧数第n个第2波节位置N’n和从顶端方向侧数第(n+1)个第2波腹位置A’n+1之间，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动与第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位相反。另一方面，在本变形例中，通过使中途位置M位于从顶端方向侧数第n个第2波腹位置A’n和从顶端方向侧数第n个第2波节位置N’n之间，第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动与第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位相同。即，通过在第2振动部32中使中途位置M的位置在与长度轴线C平行的方向上发生变化，从而第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动相对于第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位关系发生变化。即，位于中途位置M的顶端侧中继部42成为通过使中途位置M的位置在与长度轴线C平行的方向上发生变化而使第2波腹位置(最顶端波腹位置)A’1处的第2振动相对于第1波腹位置(中继波腹位置)A1处的第1振动的相位关系发生变化的相位变化部。
在本变形例中，第2波节位置N’3成为第2波节位置N’1～N’3中的位于最靠近中途位置M的位置的近设波节位置。此外，第2波腹位置A’3成为第2波腹位置A’1～A’4中的位于最靠近中途位置M的位置的近设波腹位置。图15表示在第2振动部32中使中途位置M的位置在近设波节位置(N’3)和近设波腹位置(A’3)之间沿着长度轴线C发生变化的情况下的、第2振动的第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅相对于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的放大比率E。
像前述那样，中途位置M处的第2振幅的大小V2b与作为中继波腹位置的第1波腹位置A1处的第1振幅的大小V1相同。因此，与中途位置M的位置沿着长度轴线C的变化无关地，中途位置M处的第2振幅的大小V2b与第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1相同。即，中途位置M处的第2振动的第2振幅的大小V2b不会由于中途位置M沿着长度轴线C的位置变化而变化。
另一方面，随着中途位置M的位置靠近近设波节位置(N’3)，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c相对于中途位置M处的第2振幅的大小V2b的比率E’变大。由于中继波腹位置(A1)处的第1振幅的大小V1与中途位置M处的第2振幅的大小V2b相同，因此，如图15所示，随着中途位置M的位置靠近近设波节位置(N’3)，第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c相对于第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1的放大比率E变大。
在此，将近设波节位置(N’3)和中途位置M之间的沿着长度轴线C的尺寸设为第1轴线平行尺寸L1，将近设波腹位置(A’3)和中途位置M之间的沿着长度轴线C的尺寸设为第2轴线平行尺寸L2。通过使第1轴线平行尺寸L1小于第2轴线平行尺寸L2，从而第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅相对于第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的放大比率E变大。由此，位于第2振动部32的顶端的最顶端波腹位置(A’1)处的第2振动的第2振幅进一步放大。因而，能够利用超声波振动更高效地对处理对象进行处理。
此外，在第1实施方式中，由与第1振动部31相同形状的第1探头构件21和与第2振动部32相同形状的第2探头构件22形成第1振动部31和第2振动部32，但并不限定于此。例如作为第2变形例，如图16所示，也可以由第3探头构件51和第4探头构件52形成第1振动部31和第2振动部32。在本变形例中，在第3探头构件51上设有卡合槽53，在第4探头构件52上设有卡合突起55。而且，通过卡合突起55卡合于卡合槽53，从而第4探头构件52安装于第3探头构件51，形成超声波探头20。
在本变形例中，卡合突起55位于比基端侧中继部36和顶端侧中继部42靠基端方向侧的位置。因此，在比基端侧中继部36和顶端侧中继部42靠基端方向侧的位置，第4探头构件52安装于第3探头构件51。因而，在本变形例中，第3探头构件51成为第1振动部31的一部分。而且，第4探头构件52成为第2振动部32和第1振动部31的除第3探头构件51之外的一部分。此外，在本变形例中，在比基端侧中继部36和顶端侧中继部42靠基端方向侧的位置，第4探头构件52安装于第3探头构件51，因此，顶端侧中继部42与基端侧中继部36连续。
此外，在本变形例中，第3探头构件51的顶端位于比基端侧中继部36靠基端方向侧的位置，因此，第3探头构件51的顶端成为与第1振动的第1波腹位置(中继波腹位置)A1不同的位置。因此，在没有安装第4探头构件52的状态下，在被传递有超声波振动的情况下，第3探头构件51也不以预定的频率f0振动。由于在没有安装第4探头构件52的状态下第3探头构件51不振动，因此，能够在利用超声波进行的处理中有效地防止误工作。第4探头构件52的顶端位于第2振动的第2波腹位置A’1，其基端位于第2振动的第2波腹位置A’4。第4探头构件52通过被传递超声波振动，从而即使在未安装于第3探头构件51的状态下也以预定的频率f0振动。
在本变形中，也通过在第3探头构件51上安装第4探头构件52而形成与第1实施方式同样的第1振动部31和第2振动部32。因此，在超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下，第2振动的第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c大于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1。
此外，作为第3变形例，如图17所示，第1振动部31和第2振动部32也可以由第5探头构件57一体形成。在本变形例中，由于第1振动部31和第2振动部32由第5探头构件57一体形成，因此，顶端侧中继部42与基端侧中继部36连续。在本变形例中，也形成有与第1实施方式同样的第1振动部31和第2振动部32。因此，在超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下，第2振动的第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c大于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1。
此外，在第1实施方式中，在第1振动部31上形成有中空部37，在中空部37中以不与第1振动部31接触的状态插入有第2振动部32的非接触振动部43，但并不限定于此。例如作为第4变形例，如图18所示，也可以在第1振动部31上形成槽状部59而替代中空部37。槽状部59从第1振动主体部35的顶端(第1振动部31的顶端)朝向基端方向延伸设置。在本变形例中，也在第1振动部31的顶端设有基端侧中继部36，第1振动部31的顶端成为第1振动的第1波腹位置(中继波腹位置)A1。
第2振动部32的非接触振动部43延伸设于槽状部59的内部。在本变形例中，非接触振动部43也是以不与第1振动部31接触的状态延伸设置。在第2振动部32中，在与第2振动的第2波腹位置A’1～A’4和第2波节位置N’1～N’3不同的中途位置M设有顶端侧中继部42。顶端侧中继部42与基端侧中继部36抵接。非接触振动部43自顶端侧中继部42向基端方向侧延伸设置。
通过设为前述那样的结构，在本变形例中也与第1实施方式同样，在超声波探头20以预定的频率f0振动的情况下，第2振动的第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c大于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1。
此外，作为第5变形例，如图19所示，也可以在柱状部19上设有与长度轴线C垂直的截面积发生变化的变幅杆部61。在变幅杆部61中，随着从基端方向朝向顶端方向，与长度轴线C垂直的柱状部19的截面积减小。通过设有变幅杆部61，在比变幅杆部61靠顶端方向侧，超声波振动的振幅放大。因而，第1振动部31的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1变得更大。由此，超声波探头20(第2振动部32)的顶端处的超声波振动的振幅能够更有效地放大。
此外，在第1实施方式中，超声波振子12设于柱状部19，但并不限定于此。例如作为第6变形例，如图20所示，也可以在第1振动部31上安装有超声波振子12。在本变形例中，也是在超声波振子12中产生的超声波振动被传递到第1振动部31。
在本变形例中，安装有超声波振子12的筒状构件62成为第1振动部31。此外，探头构件63成为第2振动部32。由探头构件63形成超声波探头20。在本变形例中也与第1实施方式同样，在超声波传递单元3以预定的频率f0振动的情况下，第2振动的第2波腹位置A’1～A’4处的第2振幅的大小V2c大于第1振动的第1波腹位置A1、A2处的第1振幅的大小V1。
此外，在第1实施方式中，第1振动部31具有2个第1波腹位置A1、A2和1个第1波节位置N1，第2振动部32具有4个第2波腹位置A’1～A’4和3个第2波节位置N’1～N’3，但第1波腹位置A1、A2、第1波节位置N1、第2波腹位置A’1～A’4以及第2波节位置N’1～N’3的数量并不限定于此。即，在第1振动部31中，顶端和基端成为第1振动的第1波腹位置(A1、A2)即可。而且，在第2振动部中，顶端和基端成为第2振动的第2波腹位置(A’1，A’4)即可。由此，第1振动部31和第2振动部32通过被传递超声波振动而以预定的频率f0振动。
根据前述的变形例，在第1振动部31的第1振动主体部35上设有基端侧中继部36，基端侧中继部36位于作为第1振动的第1波腹位置(A1、A2)之一的中继波腹位置A1即可。而且，在第2振动部32的第2振动主体部41上以与第1振动部31的基端侧中继部36连续或者与基端侧中继部36抵接的状态设有顶端侧中继部42，顶端侧中继部42位于与第2振动的第2波腹位置(A’1～A’4)和第2波节位置(N’1～N’3)不同的中途位置M即可。而且，在第2振动部32上设有第2振动部32的基端所处的非接触振动部43，非接触振动部43以不与第1振动部31接触的状态自顶端侧中继部42向基端方向侧延伸设置即可。由此，在超声波传递单元3以预定的频率f0振动的情况下，第2振动部32的第2波腹位置(A’1～A’2)处的第2振动的第2振幅的大小V2c大于第1振动部31的第1波腹位置(A1、A2)处的第1振动的第1振幅的大小V1。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于所述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形是不言而喻的。

Claims (13)

1.一种超声波传递单元，其中，该超声波传递单元具备：
第1振动部，其沿着长度轴线延伸设置，以预定的频率进行具有第1波腹位置以及第1波节位置的超声波振动，该第1振动部包括：
第1振动主体部；
第1中继部，其设于所述第1振动主体部，且位于在所述第1振动部以所述预定的频率振动的状态下作为所述第1波腹位置之一的中继波腹位置；以及
第2振动部，通过从所述第1振动部被传递所述超声波振动，从而以与所述第1振动部相同的所述预定的频率进行具有第2波腹位置以及第2波节位置的振动，该第2振动部包括：
第2振动主体部；
第2中继部，其以与所述第1振动部的所述第1中继部连续或与所述第1振动部的所述第1中继部抵接的状态设于所述第2振动主体部，且位于在所述第2振动部以所述预定的频率振动的状态下与所述第2波腹位置以及所述第2波节位置不同的中途位置；
非接触振动部，所述第2振动部的靠所述第1振动部侧的端部位于该非接触振动部，该非接触振动部以不与所述第1振动部接触的状态自所述第2中继部向第1振动部侧延伸设置。
2.根据权利要求1所述的超声波传递单元，其中，该超声波传递单元还具备：
超声波振子，其用于产生所述超声波振动；以及
处理部，其利用所述超声波振动对处理对象进行处理，
所述第1振动部朝向第1传递方向传递从所述超声波振子传递来的所述超声波振动，
所述第1中继部将通过所述第1振动部传递来的所述超声波振动通过所述第2中继部向所述第2振动部传递，
在将与所述第1传递方向相反的方向设为第2传递方向的情况下，所述第2振动部的所述非接触振动部自所述第2中继部向第2传递方向侧延伸设置，
所述处理部设于所述第2振动部的第1传递方向侧的端部。
3.根据权利要求2所述的超声波传递单元，其中，
所述第1振动部朝向所述第1传递方向向所述第1中继部传递所述超声波振动，
所述第2振动部朝向所述第1传递方向向所述处理部传递从所述第1中继部通过所述第2中继部传递来的所述超声波振动。
4.根据权利要求2所述的超声波传递单元，其中，
在将所述第1振动部处的所述超声波振动的振幅设为第1振幅，将所述第2振动部上的所述超声波振动的振幅设为第2振幅的情况下，所述第1波腹位置处的所述第1振幅是与所述中途位置处的所述第2振幅相同的大小，
所述中继波腹位置处的所述第1振动部的振动和所述中途位置处的所述第2振动部的振动彼此为相同的相位，
所述第2波腹位置处的所述第2振动部的所述第2振幅大于所述第1波腹位置处的所述第1振动部的所述第1振幅。
5.根据权利要求2所述的超声波传递单元，其中，
所述第2振动部具有一端以及另一端，所述非接触振动部位于所述一端，
在将n设为自然数的情况下，所述第2振动部的所述中途位置位于从所述第1传递方向侧数第n个所述第2波腹位置与从所述第1传递方向侧数第n个所述第2波节位置之间，
在所述第1振动部以及所述第2振动部以所述预定的频率振动的状态下，作为位于所述第2振动部的所述另一端的所述第2波腹位置的最顶端波腹位置处的所述第2振动部的振动与所述中继波腹位置处的所述第1振动部的所述超声波振动是相同的相位。
6.根据权利要求2所述的超声波传递单元，其中，
所述第2振动部具有一端以及另一端，所述非接触振动部位于所述一端，
在将n设为自然数的情况下，所述第2振动部的所述中途位置位于从所述第1传递方向侧数第n个所述第2波节位置与从所述第1传递方向侧数第n+1个所述第2波腹位置之间，
在所述第1振动部以及所述第2振动部以所述预定的频率振动的状态下，作为位于所述第2振动部的所述另一端的所述第2波腹位置的最顶端波腹位置处的所述超声波振动与所述中继波腹位置处的所述第1振动部的所述超声波振动是相反的相位。
7.根据权利要求2所述的超声波传递单元，其中，
所述中继波腹位置位于所述第1振动部的靠所述第1传递方向侧的端。
8.根据权利要求2所述的超声波传递单元，其中，
所述第1振动部具有顶端部以及基端部，该第1振动部从基端部侧朝向所述第1传递方向向顶端部侧传递所述超声波振动，
所述第2振动部具有基端部和设有所述处理部的顶端部，该第2振动部从所述第2中继部朝向所述第1传递方向向所述顶端部传递超声波振动，
所述非接触振动部位于比所述第2中继部靠基端部侧的位置。
9.根据权利要求1所述的超声波传递单元，其中，
所述第1振动部在内部形成有中空部，
所述第2振动部的所述非接触振动部插入于所述中空部。
10.根据权利要求1所述的超声波传递单元，其中，
在所述第2振动部以所述预定的频率振动的状态下，所述第2振动部的所述第2波节位置中的最靠近所述中途位置的近设波节位置和所述中途位置之间的沿着所述长度轴线的第1轴线平行尺寸小于所述第2波腹位置中的最靠近所述中途位置的近设波腹位置和所述中途位置之间的沿着所述长度轴线的第2轴线平行尺寸。
11.一种超声波传递单元，
其通过将第1传递构件与第2传递构件连接起来而形成，所述第1传递构件利用超声波振动以预定的频率进行具有波腹位置以及波节位置的振动，所述第2传递构件利用从所述第1传递构件传递来的所述超声波振动以与所述第1传递构件相同的所述预定的频率进行具有波腹位置以及波节位置的振动，其中，所述第1传递构件包括：
第1振动主体部；以及
第1中继部，其设于所述第1振动主体部，且位于在所述第1传递构件以所述预定的频率振动的状态下与所述第1传递构件处的振动的所述波腹位置之一相当的中继波腹位置，
所述第2传递构件包括：
第2振动主体部；
第2中继部，其以与所述第1传递构件的所述第1中继部抵接的状态设于所述第2振动主体部，且位于在所述第2传递构件以所述预定的频率振动的状态下与所述第2传递构件处的振动的所述波腹位置以及所述波节位置不同的中途位置；以及
非接触振动部，所述第2传递构件的靠所述第1传递构件侧的端部位于该非接触振动部，该非接触振动部以不与所述第1传递构件接触的状态从所述第2中继部向第1传递构件侧延伸设置。
12.根据权利要求11所述的超声波传递单元，其中，
所述第1传递构件朝向第1传递方向向所述第1中继部传递所述超声波振动，
所述第2传递构件具有用于对处理对象进行处理的一端部，该第2传递构件朝向所述第1传递方向向所述一端部传递从所述第1中继部通过所述第2中继部传递来的超声波振动。
13.根据权利要求11所述的超声波传递单元，其中，
所述第1传递构件具有顶端部以及基端部，该第1传递构件从所述基端部朝向第1传递方向向所述顶端部传递超声波振动，
所述第2传递构件具有基端部和用于对处理对象进行处理的顶端部，该第2传递构件从所述第2中继部朝向所述第1传递方向向所述顶端部传递所述超声波振动，
所述非接触振动部位于比所述第2中继部靠所述第2传递构件的基端部侧的位置。
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