CN107113513A - 超声波振子的制造方法和超声波振子 - Google Patents
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Abstract
本发明的超声波振子的制造方法包含如下步骤：排列确定步骤(S2)，根据各压电元件所具有的机械品质因数来确定层叠体中的多个压电元件的排列；以及组装步骤(S3)，将层叠体、喇叭以及后质量块组装成一体，在该层叠体上按照在该排列确定步骤中确定的排列而排列有多个压电元件，在排列确定步骤(S2)中，以使得在长度方向上相邻的压电元件之间的机械品质因数的差在多个压电元件的机械品质因数的平均值的5％以内的方式确定多个压电元件的排列。
Description
技术领域
本发明涉及超声波振子的制造方法和超声波振子。
背景技术
以往，在活体组织的切开等处置中使用超声波治疗装置(例如，参照专利文献1)。另外，作为搭载于治疗用超声波装置中的超声波振子的一种，已知有高输出的螺栓紧固朗之万型(BLT)振子(例如，参照专利文献2)。
超声波振子随着振动而发热，从而使得内置有超声波振子的机头的温度上升。因此，提出了如下的超声波治疗装置：该超声波治疗装置为了将机头的表面温度保持为操作者徒手能够把持的温度而在机头的握柄部分设置有散热片那样的空冷结构(例如，参照专利文献3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4642935号公报
专利文献2：日本特开昭61-18299号公报
专利文献3：日本特开2001-321388号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献3的空冷结构的散热量不充分，难以充分抑制超声波振子的温度上升。例如，在骨或软骨等硬组织或钙化的组织的处置中，需要非常高的输出，从而需要增大对超声波振子的电力投入量。在这样的情况下，超声波振子的发热量会变得非常大而使发热量高于空冷结构的散热量，从而使得超声波振子的温度上升。
由于超声波振子的谐振频率取决于温度，因此当因温度上升而导致超声波振子的谐振频率变化时，超声波振子的谐振频率相对于供给至超声波振子的驱动电力的频率的偏差变大，超声波振子的输出(振动振幅)降低。为了持续维持高输出必须进一步增大电力投入量，这会导致进一步的发热或者使得超声波振子的驱动变得不稳定。这样，在专利文献3中，具有难以以较高的输出稳定地持续驱动超声波振子的问题。
本发明就是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供能够抑制伴随振动而发生的温升，能够以较高的输出稳定地持续驱动的超声波振子的制造方法和超声波振子。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供以下的手段。
本发明的第一方式是一种超声波振子的制造方法，所述超声波振子从末端侧向基端侧沿长度方向依次具有喇叭、在所述长度方向上层叠有多个压电元件的层叠体以及后质量块，该超声波振子产生所述长度方向的纵向振动，且该超声波振子的制造方法包含如下步骤：排列确定步骤，根据各所述压电元件所具有的机械品质因数来确定所述层叠体中的所述多个压电元件的排列；以及组装步骤，将所述层叠体、所述喇叭以及所述后质量块组装成一体，其中所述层叠体根据在该排列确定步骤中确定的排列而排列有所述多个压电元件，在所述排列确定步骤中，以使得在所述长度方向上相邻的压电元件之间的机械品质因数的差在所述多个压电元件的机械品质因数的平均值的5％以内的方式确定所述多个压电元件的排列。
根据本发明的第一方式，在组装步骤中，能够以使得具有压电元件的层叠结构的层叠体被喇叭和后质量块从两侧夹住的方式将层叠体、喇叭以及后质量块组装成一体，从而制造出超声波振子。
在这种情况下，在排列确定步骤中，以使得相邻的压电元件之间的机械品质因数的差最大为平均值的5％的方式确定压电元件的排列。这样，通过以使得具有相同或近似的机械品质因数的压电元件彼此相邻的方式排列压电元件，由此使得压电元件之间的振动的传递效率提高而抑制了振动向热的转换，从而抑制了超声波振子的发热。由此，能够抑制伴随振动而发生的超声波振子的温升，从而能够以较高的输出稳定地持续驱动超声波振子。
在上述第一方式中，也可以是，所述超声波振子的制造方法包括根据机械品质因数来选择所述多个压电元件的压电元件选择步骤，在该压电元件选择步骤中，以使得所述多个压电元件的机械品质因数的偏差相对于所述多个压电元件的机械品质因数的平均值在±2.5％以内的方式选择所述多个压电元件，在所述排列确定步骤中，确定在所述压电元件选择步骤中选择出的所述多个压电元件的排列。
这样，由于相邻的压电元件之间的机械品质因数的差必定在5％以内，因此在排列确定步骤中可以随机地确定压电元件的排列。
在上述第一方式中，也可以是，在所述排列确定步骤中，以使得从所述喇叭侧向着所述后质量块侧而机械品质因数依次变小的方式确定所述多个压电元件中的所述喇叭侧的至少一部分所述压电元件的排列。
这样，由于在接近喇叭的一侧配置具有较大的机械品质因数的压电元件，因此在层叠体中产生的纵向振动会被高效地传递给喇叭。由此，能够提高输入输出效率(纵向振动相对于供给电力量的振幅)，从而降低了超声波振子的驱动所需的电力。另外，由于喇叭和与该喇叭相邻的压电元件之间的机械品质因数的差较小，因此能够抑制喇叭和压电元件的边界处的发热，从而进一步抑制超声波振子的发热。
在上述第一方式中，也可以是，所述超声波振子是半波长谐振型，在所述排列确定步骤中，以使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小的方式确定所述多个压电元件的排列。
这样，能够进一步抑制超声波振子的发热并且能够获得更高的输入输出效率。
在上述第一方式中，也可以是，所述超声波振子是一波长谐振型，在所述排列确定步骤中，以使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述纵向振动的波节处的所述压电元件而机械品质因数依次变小，并且从位于所述纵向振动的波节处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变大的方式确定所述多个压电元件的排列。
这样，能够进一步抑制超声波振子的发热并且能够获得更高的输入输出效率。
在上述第一方式中，也可以是，所述超声波振子是一波长谐振型，在所述排列确定步骤中，以使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述纵向振动的波腹处的所述压电元件而机械品质因数依次变大，并且从位于所述纵向振动的波腹处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小的方式确定所述多个压电元件的排列。
这样，能够更为抑制超声波振子的发热。
本发明的第二方式是一种超声波振子，该超声波振子从末端侧向基端侧沿长度方向依次具有喇叭、在所述长度方向上层叠有多个压电元件的层叠体以及后质量块，所述多个压电元件排列为使得在所述长度方向上相邻的压电元件之间的机械品质因数的差在所述多个压电元件的机械品质因数的平均值的5％以内。
在上述第二方式中，也可以是，所述多个压电元件的机械品质因数的偏差相对于所述多个压电元件的机械品质因数的平均值在±2.5％以内。
在上述第二方式中，所述多个压电元件也可以被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述长度方向上的纵向振动的波腹处的所述压电元件而机械品质因数依次变小。
在上述第二方式中，也可以是，所述超声波振子是半波长谐振型，所述多个压电元件被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小。
在上述第二方式中，也可以是，所述超声波振子是一波长谐振型，所述多个压电元件被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述纵向振动的波腹处的所述压电元件而机械品质因数依次变小，并且从位于所述纵向振动的波腹处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变大。
在上述第二方式中可以是，所述超声波振子是一波长谐振型，所述多个压电元件被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述长度方向上的纵向振动的波腹处的所述压电元件而机械品质因数依次变大，并且从位于所述纵向振动的波腹处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小。
发明效果
根据本发明可获得如下效果：能够抑制伴随振动而发生的温升，能够以较高的输出稳定地持续驱动超声波振子。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的超声波振子的整体结构的长度轴方向的剖视图。
图2是示出图1的超声波振子的整体结构的概略图。
图3是示出图1的超声波振子的层叠体的机械损失系数的分布的曲线图。
图4是示出图1的超声波振子的制造方法的流程图。
图5是示出本发明的第二实施方式的超声波振子的整体结构的概略图。
图6是示出图5的超声波振子的层叠体的机械损失系数的分布的曲线图。
图7是示出本发明的第三实施方式的超声波振子的整体结构的概略图。
图8是示出图7的超声波振子的层叠体的机械损失系数的分布的曲线图。
图9是示出本发明的第四实施方式的超声波振子的整体结构的概略图。
图10是示出图9的超声波振子的层叠体的机械损失系数的分布的曲线图。
图11是示出层叠体的机械损失系数的分布与超声波振子的温升量的关系的曲线图。
具体实施方式
(第一实施方式)
根据图1至图4对本发明的第一实施方式的超声波振子10及其制造方法进行说明。
如图1所示，本实施方式的超声波振子10是螺栓紧固朗之万型(BLT)振子，并且从末端侧朝向基端侧沿长度轴A依次具有喇叭1、层叠有多个压电元件2的层叠体3以及后质量块4。
喇叭1是沿长度轴A延伸的柱状，具有与长度轴A垂直的横截面的面积随着从基端向末端而越来越小的形状。喇叭1由钛合金那样的具有较高强度的金属形成。在喇叭1的基端面上的大致中心位置处设置有沿长度轴A延伸的柱状的螺栓5。
压电元件2是由PZT(锆钛酸铅)那样的压电材料构成的环状的板状部件。层叠体3具有如下层叠结构：以使得各压电元件2在长度轴A方向上被2个电极6a、6b夹住的方式而在长度轴A方向上交替层叠压电元件2和电极6a或6b。电极在长度轴A方向上交替构成正电极6a和负电极6b，在向电极6a、6b供给交变电力时，各压电元件2在长度轴A方向上进行伸缩振动。在层叠体3与喇叭1之间和层叠体3与后质量块4之间夹着未图示的绝缘体，层叠体3与喇叭1和后质量块4电绝缘。另外，在层叠体3上形成有供螺栓5插入的螺栓孔3a，该螺栓孔3a沿长度轴A从末端贯穿形成到基端。
后质量块4是由铝那样的金属材料形成的柱状的部件。与螺栓5紧固的螺纹孔4a沿长度轴A形成在后质量块4的末端面上。
通过将螺栓5插入到层叠体3的螺栓孔3a内，将后质量块4紧固于从层叠体3的基端面突出的螺栓5的基端部，从而使得层叠体3被喇叭1和后质量块4从两侧牢固地锁紧。
超声波振子10是半波长谐振型。即，超声波振子10在长度轴A方向上的尺寸被设计为超声波振子10的谐振频率的波长的一半。由此，如图2所示，超声波振子10在谐振频率的交变电力被供给到电极6a、6b时进行半波长谐振。在半波长谐振中，2个波腹出现在喇叭1的前端和后质量块的基端，1个波节N出现在喇叭1与层叠体2的边界处。
另外，超声波振子10也可以不是半波长谐振型，而是具有与谐振频率的波长相同的长度轴A方向上的尺寸的一波长谐振型。
并且，如图3所示，在层叠体3中，所有的压电元件2具有彼此相同或近似的机械品质因数Qm(下面，简称为“Qm”)。具体而言，各压电元件2的Qm在所有的压电元件2的Qm的平均值M(Qm)±2.5％以内。因此，在长度轴A方向上相邻的2个压电元件2之间的Qm之差最大为平均值M(Qm)的5％。在图3中，各数据点对应于各压电元件2。
接下来，对超声波振子10的制造方法进行说明。
如图4所示，本实施方式的超声波振子10的制造方法包括如下步骤：压电元件选择步骤S1，根据Qm来选择压电元件2；排列确定步骤S2，确定压电元件2在层叠体3中的排列；以及组装步骤S3，将层叠体3、喇叭1以及后质量块4组装成一体。
从制造公司购买的压电元件2的Qm存在数百左右的偏差。在压电元件选择步骤S1中，首先，测定压电元件2的Qm。在Qm的测定中使用公知的任意方法。例如，通过阻抗分析器或频率测量器等来测定谐振频率fs和表示该谐振频率的峰值波形的半值宽度(f2-f1)，并根据Qm＝fs/(f2-f1)的关系式计算出Qm。接下来，选择层叠体3所需数量(在本例中是6个)个具有相同或近似的Qm的压电元件2。具体而言，以使6个压电元件2的Qm的偏差相对于该6个压电元件2的Qm的平均值M(Qm)在±2.5％以内的方式选择6个压电元件2。
接下来，在排列确定步骤S2中，随机地确定在压电元件选择步骤S1中选择出的6个压电元件2的排列。
接下来，在组装步骤S3中，以使6个压电元件2按照在排列确定步骤S2中确定的随机排列而进行排列的方式交替层叠6个压电元件2和电极6a、6b从而形成层叠体3。接下来，将喇叭1的螺栓5插入到所形成的层叠体3的螺栓孔3a内，将后质量块4紧固于从层叠体3突出的螺栓5的末端部从而对层叠体3在长度轴A方向上压缩。由此，制造出超声波振子10。
接下来，对这样构成的超声波振子10的作用进行说明。
为了通过本实施方式的超声波振子10产生超声波振动，需要从电源(省略图示)将具有超声波振子10的谐振频率或该谐振频率附近的频率的交变电力经由电缆(省略图示)供给到电极6a、6b。由此，各个压电元件2在长度轴A方向上进行伸缩振动从而使层叠体3产生纵向振动。在层叠体3中产生的纵向振动被传递给喇叭1，使得喇叭1的末端在长度轴A方向上进行高频振动。
这里，对压电元件2的Qm与层叠体3中的振动传递的关系进行说明。
机械品质因数Qm是表示进行伸缩振动时在压电元件2中产生的弹性损失的系数，是机械损失系数的倒数。机械品质因数Qm越高，则弹性损失越小，越难以使振动衰减，发热越少。因此，作为超声波振子10用的压电元件2，例如使用具有1000以上的较高的Qm的压电元件。
由于同一个压电元件内是均质的，因此振动在同一个压电元件内的传递效率较高，振动几乎不衰减地传递。因此，假如在层叠体3由单一的均质的压电元件构成的情况下，层叠体3整体同步地进行纵向振动，层叠体3的发热较少。
实际的层叠体3具有多个压电元件2的层叠结构，压电元件2的性质在压电元件2与其他压电元件2之间不连续地变化。这样，在性质不连续地变化的压电元件2彼此的边界处，纵向振动的一部分被反射等而损失，因此从压电元件2向相邻的其他压电元件2的振动的传递效率降低。另外，随着振动的损失而产生热。即，因在压电元件2的边界处被反射的振动与其它振动作用而产生成为发热的原因的谐波。另外，在相邻的2个压电元件2的Qm存在差的情况下，因在一个压电元件2的伸缩举动和另一个压电元件2的伸缩举动上产生偏差而使得在2个压电元件2的边界处发生滑动运动，从而产生摩擦热。
根据本实施方式的超声波振子10，由于将具有大致相等的Qm的压电元件2用于层叠体3，因此层叠体3的Qm大致均匀。因此，由多个压电元件2构成的层叠体3表现出与由单一的压电元件构成的层叠体类似的举动，在层叠体3中纵向振动以较高的效率传递而不会衰减，并且抑制了层叠体3的发热。由此，具有如下优点：即使为了增大超声波振子10的输出(喇叭1的末端的振幅)而增大供给到电极6a、6b的交变电力，超声波振子10也能够稳定地持续发挥较高的输出而不会温度上升。
尤其在构成超声波振子10的部件中，发热量最大的是层叠体3。因此，具有如下优点：通过抑制层叠体3的发热而能够有效地抑制超声波振子10整体的温升。另外，具有如下优点：与以往的BLT振子的制造方法相比仅变更压电元件2的选择，即可制造出发热量较少的超声波振子10。
(第二实施方式)
根据图5和图6对本发明的第二实施方式的超声波振子20及其制造方法进行说明。
本实施方式的超声波振子20与第一实施方式的超声波振子10的不同之处在于层叠体31中的压电元件2的排列。因此，在本实施方式中，主要对层叠体31进行说明，对与第一实施方式共同的结构标注相同的标号而省略对其说明。
如图5所示，本实施方式的超声波振子20与超声波振子10同样地是半波长谐振型。
如图6所示，在层叠体31中，压电元件2排列为使得Qm随着从喇叭1侧向后质量块4侧而依次变小。因此，位于最靠喇叭1侧的位置上的压电元件2的Qm最大，位于最靠后质量块4侧的位置上的压电元件2的Qm最小。并且，在长度轴A方向上相邻的压电元件2之间的Qm的差在6个压电元件2的Qm的平均值M(Qm)的5％以内。
接下来，对超声波振子20的制造方法进行说明。
本实施方式的超声波振子20的制造方法包括压电元件选择步骤、排列确定步骤以及组装步骤。
在压电元件选择步骤中，与在第一实施方式中说明的压电元件选择步骤S1同样地测定压电元件2的Qm。接下来，以使得6个压电元件2的Qm的偏差相对于该6个压电元件2的Qm的平均值M(Qm)在±15％以内并且使得将Qm按大小顺序排列时相邻的Qm之间的差在平均值M(Qm)的5％以内的方式选择6个压电元件2。
接下来，在排列确定步骤中，以使得从位于最靠喇叭1侧的位置上的压电元件2向着最靠后质量块4侧的位置上的压电元件2而Qm依次变小的方式确定在选择步骤中选择出的6个压电元件2的排列。
接下来，在组装步骤中，以使得6个压电元件2按照在排列确定步骤中确定的排列进行排列的方式交替层叠6个压电元件2和电极6a、6b而形成层叠体3。接下来，以使得具有最大的Qm的压电元件2被配置于喇叭1侧，而具有最小的Qm的压电元件2被配置于后质量块4侧的方式将喇叭1、层叠体3以及后质量块4组装成一体。
根据本实施方式的超声波振子20，除了第一实施方式的效果之外还获得了以下效果。
如上所述，压电元件2的Qm存在个体误差，因而从制造公司购买的压电元件2的Qm存在偏差。像第一实施方式那样在仅筛选出具有大致相等的Qm的压电元件2来使用的情况下，无法将购买的压电元件2中的一部分用于制造。根据本实施方式，具有如下优点：通过组合使用具有不同的Qm的压电元件2，能够有效地将购买的压电元件2用于制造。
另外，通过在接近喇叭1的一侧配置具有较大的Qm的压电元件2，由此使得在层叠体3中产生的纵向振动被高效地传递给喇叭1。由此，提高了超声波振子20的输入输出效率(喇叭1相对于供给到电极6a、6b的交变电力的振动振幅)，从而具有能够降低供给到电极6a、6b的交变电力并且获得较大的输出的优点。
并且，喇叭1具有比压电元件2的Qm大的Qm，在喇叭1与压电元件2的边界处也会产生因Qm的差而引起的振动的损失和发热。因此，通过将具有最大的Qm的压电元件2配置在喇叭1的旁边而使喇叭1的Qm与压电元件2的Qm之差为最小，由此具有能够提高从层叠体3向喇叭1的振动传递效率，进一步抑制发热的优点。
(第三实施方式)
根据图7和图8对本发明的第三实施方式的超声波振子30及其制造方法进行说明。
本实施方式的超声波振子30与第一实施方式的超声波振子10的不同之处在于层叠体32中的压电元件2的排列。因此，在本实施方式中，主要对层叠体32进行说明，对与第一实施方式共同的结构标注相同的标号而省略对其说明。
如图7所示，本实施方式的超声波振子30与第一和第二实施方式的超声波振子10、20相比全长不同，是一波长谐振型。即，超声波振子30在长度轴A方向上的尺寸被设计为与超声波振子30的谐振频率的波长相同。由此，如图7所示，超声波振子30在谐振频率的交变电力被供给到电极6a、6b时进行一波长谐振。在一波长谐振中，出现3个波腹，2个波节N1、N2出现在喇叭1的长度方向上的中途位置和层叠体3的长度方向上的中途位置。
在本实施方式例中，层叠体32具有8个压电元件2。如图8所示，在层叠体32中，压电元件2排列为：使得从位于最靠喇叭1侧的位置上的压电元件2向着波节N2处的压电元件2而Qm依次变小并且从位于波节N2处的压电元件2向着最靠后质量块4侧的位置上的压电元件2而Qm依次变大。此时，优选具有最大的Qm的压电元件2位于最靠喇叭1侧的位置上。并且，在长度轴A方向上相邻的压电元件2之间的Qm的差在8个压电元件2的Qm的平均值M(Qm)的5％以内。
接下来，对超声波振子30的制造方法进行说明。
本实施方式的超声波振子30的制造方法包括压电元件选择步骤、排列确定步骤以及组装步骤。
在压电元件选择步骤中，与在第一实施方式中说明的压电元件选择步骤S1同样地测定压电元件2的Qm。接下来，以使得8个压电元件2的Qm的偏差相对于该8个压电元件2的Qm的平均值M(Qm)在±7.5％以内并且各压电元件2的Qm与其他至少1个压电元件2的Qm的差在平均值M(Qm)的5％以内的方式选择8个压电元件2。
接下来，在排列确定步骤中，以使得在波节N2处Qm最小，从波节N2向喇叭1侧和后质量块4侧而Qm依次变大的方式确定在选择步骤中选择出的8个压电元件2的排列。
接下来，在组装步骤中，以使得8个压电元件2按照在排列确定步骤中确定的排列进行排列的方式交替层叠8个压电元件2和电极6a、6b而形成层叠体3。接下来，将所形成的层叠体3、喇叭1以及后质量块4组装成一体。
根据本实施方式的超声波振子30，除了第一实施方式的效果之外还获得了以下效果。
根据本实施方式，与第二实施方式同样地具有如下优点：通过组合使用具有不同的Qm的压电元件2而能够有效地将购买的压电元件2用于制造。
另外，通过在接近喇叭1的一侧配置具有较大的Qm的压电元件2，由此提高了超声波振子30的输入输出效率(喇叭1相对于被供给到电极6a、6b的交变电力的振动振幅)，具有能够降低供给到电极6a、6b的交变电力并且获得较大的输出的优点。
并且，通过在层叠体3中的纵向振动的振幅为0的波节N2处配置具有最小的位置Qm的压电元件2，并且在振幅越大的位置上配置Qm越大的压电元件2，由此提高了纵向振动的传递效率，具有能够进一步降低层叠体3的发热的优点。
(第四实施方式)
根据图9和图10对本发明的第四实施方式的超声波振子40及其制造方法进行说明。
本实施方式的超声波振子40与第三实施方式的超声波振子30的不同之处在于层叠体33中的压电元件2的排列。因此，在本实施方式中，主要对层叠体33进行说明，对与第三实施方式共同的结构标注相同的标号而省略对其说明。
如图9所示，本实施方式的超声波振子40与超声波振子30同样地是一波长谐振型，层叠体33具有8个压电元件2。
如图10所示，在层叠体33中，压电元件2被排列为使得从位于最靠喇叭1侧的位置上的压电元件2向着波节N2处的压电元件2而Qm依次变大并且从位于波节2处的压电元件2向着最靠后质量块4侧的位置上的压电元件2而Qm依次变小。并且，在长度轴A方向上相邻的压电元件2之间的Qm的差在8个压电元件2的Qm的平均值M(Qm)的5％以内。
接下来，对超声波振子40的制造方法进行说明。
本实施方式的超声波振子40的制造方法包括压电元件选择步骤、排列确定步骤以及组装步骤。
本实施方式的压电元件选择步骤与在第三实施方式中说明的压电元件选择步骤相同。
接下来，在排列确定步骤中，以使得在波节N2处Qm最大，从波节N2向喇叭1侧和后质量块4侧而Qm依次变小的方式确定在选择步骤中选择出的8个压电元件2的排列。
接下来，在组装步骤中，以使得8个压电元件2按照在排列确定步骤中确定的排列进行排列的方式交替层叠8个压电元件2和电极6a、6b而形成层叠体3。接下来，将所形成的层叠体3、喇叭1以及后质量块4组装成一体。
根据本实施方式的超声波振子40，除了第一实施方式的效果之外还获得了以下效果。
根据本实施方式，与第二实施方式同样地具有如下优点：通过组合使用具有不同的Qm的压电元件2，能够有效地将购买的压电元件2用于制造。
接下来，对上述的层叠体3、31、32、33中的Qm的分布与超声波振子10、20、30、40的发热量之间的关系进行说明。
图11是示出测定对第一至第四实施方式的超声波振子10、20、30、40供给相等电力量的交变电力而使其进行半波长谐振或一波长谐振时的温升的结果的曲线图。作为比较例，还测定了使用随意选择的压电元件制造出的超声波振子的温升。
如图11所示，确认到本实施方式的超声波振子10、20、30、40的温升量与比较例相比减小效果优秀。尤其是超声波振子20、30的温升量较小，从而确认到通过将具有较大的Qm的压电元件2配置在喇叭1侧而能够有效地抑制超声波振子20、30的发热。另外，还确认到超声波振子20的温升量与比较例相比低了4℃，即使将供给到超声波振子20的交变电力增加11W(14％)，也能够将温升抑制为与比较例同等程度。
标号说明
10、20、30、40：超声波振子；1：喇叭；2：压电元件；3、31、32、33：层叠体；4：后质量块；5：螺栓；6a、6b：电极；S1：压电元件选择步骤；S2：排列确定步骤；S3：组装步骤。
Claims (12)
1.一种超声波振子的制造方法，所述超声波振子从末端侧向基端侧沿长度方向依次具有喇叭、在所述长度方向上层叠有多个压电元件的层叠体以及后质量块，该超声波振子产生所述长度方向的纵向振动，其中，该超声波振子的制造方法包含如下步骤：
排列确定步骤，根据各所述压电元件所具有的机械品质因数来确定所述层叠体中的所述多个压电元件的排列；以及
组装步骤，将所述层叠体、所述喇叭以及所述后质量块组装成一体，其中所述层叠体按照在该排列确定步骤中确定的排列而排列有所述多个压电元件，
在所述排列确定步骤中，以使得在所述长度方向上相邻的压电元件之间的机械品质因数的差处于所述多个压电元件的机械品质因数的平均值的5％以内的方式确定所述多个压电元件的排列。
2.根据权利要求1所述的超声波振子的制造方法，其中，
该超声波振子的制造方法还包括根据机械品质因数来选择所述多个压电元件的压电元件选择步骤，
在该压电元件选择步骤中，以使得所述多个压电元件的机械品质因数的偏差相对于所述多个压电元件的机械品质因数的平均值在±2.5％以内的方式选择所述多个压电元件，
在所述排列确定步骤中，确定在所述压电元件选择步骤中选择出的所述多个压电元件的排列。
3.根据权利要求1所述的超声波振子的制造方法，其中，
在所述排列确定步骤中，以使得从所述喇叭侧向着所述后质量块侧而机械品质因数依次变小的方式确定所述多个压电元件中的所述喇叭侧的至少一部分所述压电元件的排列。
4.根据权利要求3所述的超声波振子的制造方法，其中，
所述超声波振子是半波长谐振型，
在所述排列确定步骤中，以使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小的方式确定所述多个压电元件的排列。
5.根据权利要求3所述的超声波振子的制造方法，其中，
所述超声波振子是一波长谐振型，
在所述排列确定步骤中，以使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述纵向振动的波节处的所述压电元件而机械品质因数依次变小，并且从位于所述纵向振动的波节处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变大的方式确定所述多个压电元件的排列。
6.根据权利要求1所述的超声波振子的制造方法，其中，
所述超声波振子是一波长谐振型，
在所述排列确定步骤中，以使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述纵向振动的波节处的所述压电元件而机械品质因数依次变大，并且从位于所述纵向振动的波节处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小的方式确定所述多个压电元件的排列。
7.一种超声波振子，其中，
该超声波振子从末端侧向基端侧沿长度方向依次具有喇叭、在所述长度方向上层叠有多个压电元件的层叠体以及后质量块，
所述多个压电元件被排列为使得在所述长度方向上相邻的压电元件之间的机械品质因数的差处于所述多个压电元件的机械品质因数的平均值的5％以内。
8.根据权利要求7所述的超声波振子，其中，
所述多个压电元件的机械品质因数的偏差相对于所述多个压电元件的机械品质因数的平均值在±2.5％以内。
9.根据权利要求7所述的超声波振子，其中，
所述多个压电元件被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述长度方向上的纵向振动的波节处而机械品质因数依次变小。
10.根据权利要求9所述的超声波振子，其中，
该超声波振子是半波长谐振型，
所述多个压电元件被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小。
11.根据权利要求9所述的超声波振子，其中，
该超声波振子是一波长谐振型，
所述多个压电元件被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述纵向振动的波节处的所述压电元件而机械品质因数依次变小，并且从位于所述纵向振动的波节处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变大。
12.根据权利要求7所述的超声波振子，其中，
该超声波振子是一波长谐振型，
所述多个压电元件被排列为使得从位于最靠所述喇叭侧的位置上的所述压电元件向着所述长度方向上的纵向振动的波节处的所述压电元件而机械品质因数依次变大，并且从位于所述纵向振动的波节处的所述压电元件向着最靠所述后质量块侧的位置上的所述压电元件而机械品质因数依次变小。
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