JP2024064363A - 超音波発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】性能が良く、製造しやすい超音波発生装置を提供する。【解決手段】超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、超音波集束部によって集束された超音波を伝送する導波路１３と、を備える超音波発生装置１０であって、超音波集束部１２は、超音波発生源１１と対向して配置された第一反射面１６と、第一反射面１６と対向して配置された第二反射面１７と、を有する。第一反射面１６は、超音波発生源１１から発生した超音波を第二反射面１７に向かって反射する。第二反射面１７は、第一反射面１６にて反射された超音波を導波路１３に向かって反射して導波路１３の内部に導入する。超音波発生源１１は、超音波発生源１１と第一反射面１６との対向方向に直交する径方向における第二反射面１７の周囲を囲い、第一反射面１６との対向方向と交差する方向に２個以上の振動子２０を並べて構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波発生装置に関する。

従来、診断や治療などの様々な用途で用いられる超音波発生装置が知られている。例えば下記特許文献１には、超音波を発生する超音波発生源と、超音波発生源で発生した超音波を集束する超音波集束部と、超音波集束部によって集束された超音波を伝送する導波路と、を備えた超音波発生装置が記載されている。超音波発生源で発生した超音波は、導波路の先端まで伝送される。

国際公開第２００６／０２８２４９号公報

上記のような超音波発生装置において、超音波発生源が送信する超音波の強度を向上させて性能を良くしたいという要望がある。そのためには、超音波発生源の面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、面積が大きい超音波発生源は製造しにくいという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、性能が良く、製造しやすい超音波発生装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波発生装置は、超音波を発生する超音波発生源と、前記超音波発生源から発生した超音波を集束する超音波集束部と、前記超音波集束部によって集束された超音波を伝送する導波路と、を備え、前記超音波集束部は、前記超音波発生源と対向して配置された第一反射面と、前記第一反射面と対向して配置された第二反射面とを有し、前記第一反射面は、前記超音波発生源とは反対側に凸な湾曲面であり、前記超音波発生源から発生した超音波を前記第二反射面に向かって反射し、前記第二反射面は、前記第一反射面とは反対側に凸な湾曲面であり、前記第一反射面にて反射された超音波を前記導波路に向かって反射して前記導波路の内部に導入する超音波発生装置であって、前記超音波発生源は、前記第一反射面との対向方向と交差する方向に２個以上の振動子を並べて構成されているものである。

本発明によれば、２個以上の振動子を並べて超音波発生源の面積を大きくすることによって、性能を良くできる。製造しやすい大きさの振動子を用いることによって、容易に製造できる。

超音波発生装置の基本構成を説明する図であって、超音波発生源から発生した超音波が第一反射面に向かって直進するイメージを示す図 超音波発生装置の基本構成を説明する図であって、第一反射面にて反射された超音波が焦点に向かって集束するイメージを示す図 実施例１における超音波発生装置を示す概略断面図 ２個の振動子を並べる場合の超音波発生装置を示す底面図 ３個の振動子を並べる場合の超音波発生装置を示す底面図 ６個の振動子を並べる場合の超音波発生装置を示す底面図 実施例２における超音波発生装置を示す底面図 実施例３における超音波発生装置を示す底面図 実施例４における超音波発生装置を示す概略断面図 超音波発生装置を示す底面図 実施例５における超音波発生装置を示す概略断面図 超音波発生装置を示す底面図 実施例６における超音波発生装置を示す概略断面図 他の実施例（１）における超音波発生装置を示す底面図 他の実施例（４）における超音波発生装置を示す底面図 他の実施例（６）における超音波発生装置の一例を示す底面図 他の実施例（６）における超音波発生装置の他の例を示す底面図 他の実施例（７）における超音波発生装置を示す底面図

本発明の好ましい形態を以下に示す。

本発明の超音波発生装置において、前記超音波発生源は、前記第二反射面の周囲を囲うように配置され、前記複数の振動子は、それぞれが、前記第二反射面の中央から０°超過１８０°以下の領域に配置されているものとしてもよい。このような構成によれば、複数の振動子によって、環状の超音波発生源を容易に製造できる。

また、本発明の超音波発生装置において、前記複数の振動子は、前記超音波発生源の中心軸に対して回転対称の位置に配置されているものとしてもよい。このような構成によれば、超音波発生源は、周方向に均一性を有するから、きれいな波形の超音波を発生できる。

また、本発明の超音波発生装置において、前記複数の振動子は、同心円状に配置されているものとしてもよい。このような構成によれば、超音波発生源は、周方向に均一性を有するから、きれいな波形の超音波を発生できる。

また、本発明の超音波発生装置において、前記複数の振動子は、互いに異なる固有振動数の振動子を含んでいるものとしてもよい。このような構成によれば、固有振動数の異なる振動子は、強く振動する周波数（共振周波数）が異なるから、所望の周波数で強い超音波を送信できる。

また、本発明の超音波発生装置において、前記複数の振動子は、互いに離間しているものとしてもよい。このような構成によれば、各振動子を個別に駆動できるとともに、隣接する振動子の振動の影響を小さくできる。したがって、超音波発生装置の性能を良くできる。

また、本発明の超音波発生装置において、前記複数の振動子は、個別に駆動するものとしてもよい。このような構成によれば、個別に振動子を駆動することによって超音波の強度を調整等できるから、超音波発生装置の性能を良くできる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した一実施例について、図１～図６を参照しつつ詳細に説明する。本実施例における超音波発生装置１０は、超音波診断装置、超音波治療装置、キャビテーション発生装置、などに用いられる。

まず、超音波発生装置１０の基本構成について説明する。超音波発生装置１０は、図１に示すように、超音波発生源１１と、超音波集束部１２と、導波路１３と、を備えている。超音波発生源１１は、超音波を発生する。超音波集束部１２は、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する。導波路１３は、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する。導波路１３によって伝送された超音波は、対象物に照射される。対象物は特に限定されず、例えば生体内であってもよい。対象物に照射された超音波は、対象物で反射し、対象物の画像情報を乗せた超音波として導波路１３内に戻る。対象物の画像情報を乗せた超音波は、導波路１３及び超音波集束部１２を介して超音波発生源１１に戻る。画像情報を乗せた超音波に応じた電気信号は、信号送受信回路によって受信され、受信された信号に含まれる画像情報は、信号表示装置に表示される。なお、画像情報を含む超音波に基づいて画像表示を行う技術は、超音波診断装置などに用いられる公知技術を採用し得る。

超音波発生源１１は、例えば、圧電素子である。超音波発生源１１は、第一主面１４と、第一主面１４とは反対側の第二主面１５とを有している。第一主面１４及び第二主面１５には、図示しない電極が配置されている。第一主面１４は、図示しない接着剤によって超音波集束部１２の配置面１８に接着されている。

超音波発生源１１は、図示しない信号送受信回路から電気信号を与えられると超音波を発生する。超音波発生源１１から発生した超音波は、図１に示すように、矢印Ａ２方向に直進する平面波である。矢印Ａ２は、超音波発生源１１から発生した超音波の進行方向を示す。矢印Ａ２は、軸Ａ１と平行である。超音波発生源１１は、例えば、３０ｋＨｚ以上の周波数で超音波を発生させる。以下、各構成部材において、図１の矢印Ａ２が指し示す方向を上方、その反対方向を下方として説明する。

超音波集束部１２は、中実の金属（例えばジェラルミン）によって形成されている。超音波集束部１２は、第一反射面１６及び第二反射面１７を備えている。第一反射面１６は、超音波発生源１１と対向して配置されている。第一反射面１６と超音波発生源１１との対向方向は、軸Ａ１の延び方向と平行である。第一反射面１６は、超音波集束部１２の外部から見ると、上側（超音波発生源１１とは反対側）に凸な放物面である。第一反射面１６は、超音波集束部１２の内部から見ると凹型である。第一反射面１６の中心部は、第一反射面１６の外周縁１６Ｂよりも上方に位置している。第一反射面１６は、軸Ａ１を回転軸として構成される回転放物面である。

第二反射面１７は、第一反射面１６と対向して配置されている。第二反射面１７は、超音波集束部１２の外部から見ると、下側（第一反射面１６とは反対側）に凸な放物面である。第二反射面１７は、超音波集束部１２の内部から見ると凹型である。第二反射面１７の中心部は、第二反射面１７の外周縁１７Ｂよりも下方に位置している。第二反射面１７は、軸Ａ１を回転軸として構成される回転放物面である。

超音波集束部１２は、超音波発生源１１の配置面１８を有している。配置面１８は、第二反射面１７の外周縁１７Ｂから第一反射面１６の外周縁１６Ｂまで軸Ａ１に直交する径方向外側に広がっている。配置面１８は、軸Ａ１に直交する平坦面である。配置面１８は、軸Ａ１を中心として第二反射面１７の周囲を囲う円環状である(図４参照）。

導波路１３は、中実の柱状である。導波路１３は、第一反射面１６の中心部から軸Ａ１に沿って上方に延びている。超音波は、導波路１３の下端から導波路１３の内部に導入される。導波路１３の軸Ａ１と直交する断面は、軸Ａ１を中心とする円形状である。

超音波発生源１１から発生した超音波は、図２に示すように、第一反射面１６で反射し、第一反射面１６の焦点Ｆｓに向かって集束する。焦点Ｆｓを通過した超音波は、第二反射面１７で反射し、第二反射面１７の焦点Ｆｓに向かって集束する。第二反射面１７の焦点Ｆｓは、第一反射面１６の焦点Ｆｓと一致している。第二反射面１７で反射し、焦点Ｆｓを通過した超音波は、平面波として導波路１３の内部に導入される。焦点Ｆｓは、軸Ａ１上に位置している。

次に、超音波発生装置１０の詳細を説明する。超音波発生源１１は、図３～図６に示すように、軸Ａ１と直交する方向（第一反射面１６との対向方向と交差する方向）に２個以上の振動子２０を並べて構成されている。ここでは、２個の振動子２０を並べる場合、３個の振動子２０を並べる場合、及び６個の振動子２０を並べる場合を例示する。各振動子２０は、図３に示すように、所定の厚さ寸法Ｔを有する板状に形成されている。厚さ寸法Ｔは、軸Ａ１に平行な方向の寸法である。

２個以上の振動子２０によって構成された超音波発生源１１は、図４～図６に示すように、第二反射面１７の周囲を囲っている。超音波発生源１１は、軸Ａ１を中心とする円環状をなしている。超音波発生源１１の内周縁１１Ａは、第二反射面１７の外周縁１７Ｂから、軸Ａ１と直交する径方向の外側に離間している。超音波発生源１１の外周縁１１Ｂは、第一反射面１６の外周縁１６Ｂから軸Ａ１と直交する径方向の内側に離間している。超音波発生源１１の内周縁１１Ａ及び外周縁１１Ｂは、第一主面１４の外周縁及び内周縁である。第二反射面１７の外周縁１７Ｂ及び第一反射面１６の外周縁１６Ｂは、軸Ａ１を中心とする同心の円形状である。

２個の振動子２０を並べる場合について説明する。２個の振動子２０は、図４に示すように、それぞれ、配置面１８を２つに均等に分割した領域（振動子配置領域２１と称する。）に配置されている。振動子配置領域２１は、それぞれ、配置面１８のうち第二反射面１７の中央（軸Ａ１）から０°超過１８０°以下の範囲である。振動子配置領域２１は、それぞれ半円形状である。

２個の振動子２０は、超音波発生源１１の軸Ａ１に対して回転対称の位置に配置されている。具体的には、２個の振動子２０は、軸Ａ１を回転対称軸として１８０°回転対称に配置されている。

２個の振動子２０は、同形状である。超音波発生源１１を下側から見ると、２個の振動子２０は、軸Ａ１を通る直線Ｌを基準に対称である。各振動子２０は、半円環状をなしている。各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、互いに平行である。２個の振動子２０の内周縁２０Ａは、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを構成する。２個の振動子２０の外周縁２０Ｂは、超音波発生源１１の外周縁１１Ｂを構成する。各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、同心の円弧状である。各振動子２０の幅寸法Ｂは、周方向に一定である。振動子２０の幅寸法Ｂは、軸Ａ１に直交する径方向の寸法である。各振動子２０の周方向における端縁２３は、超音波発生源１１を下側から見ると、直線Ｌに沿って延びている。２個の振動子２０の近接する端縁２３同士は、互いに平行である。

２個の振動子２０は、互いに離間している。２個の振動子２０の間には、スペース部２４が形成されている。スペース部２４は、配置面１８において振動子２０が配置されていない部分である。スペース部２４は、軸Ａ１から近接する振動子２０の端縁２３の間に直線状に延びている。

２個の振動子２０は、個別に駆動する。２個の振動子２０は、それぞれ別の導電路によって信号送受信回路に接続されている。

３個の振動子２０を並べる場合について説明する。３個の振動子２０は、図５に示すように、それぞれ、配置面１８を３つに均等に分割した振動子配置領域２１に配置されている。振動子配置領域２１は、それぞれ、配置面１８のうち第二反射面１７の中央（軸Ａ１）から０°超過１２０°以下の範囲である。振動子配置領域２１は、それぞれ扇形状である。

３個の振動子２０は、超音波発生源１１の軸Ａ１に対して回転対称の位置に配置されている。具体的には、振動子２０は、軸Ａ１を回転対称軸として１２０°回転対称に配置されている。

３個の振動子２０は、同形状である。超音波発生源１１を下側から見ると、３個の振動子２０は、直線Ｌを基準に対称である。直線Ｌは、軸Ａ１を通り、１個の振動子２０を２分割する。各振動子２０は、円弧状をなしている。各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、互いに平行である。３個の振動子２０の内周縁２０Ａは、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを構成する。３個の振動子２０の外周縁２０Ｂは、超音波発生源１１の外周縁１１Ｂを構成する。各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、同心の円弧状である。各振動子２０の幅寸法Ｂは、周方向に一定である。周方向に隣接する２個の振動子２０の端縁２３同士は、互いに平行である。

３個の振動子２０は、互いに離間している。３個の振動子２０の間には、スペース部２４が形成されている。スペース部２４は、軸Ａ１から３個の振動子２０の近接する端縁２３の間に放射状に延びている。

３個の振動子２０は、個別に駆動する。３個の振動子２０は、それぞれ別の導電路によって信号送受信回路に接続されている。

６個の振動子２０を並べる場合について説明する。６個の振動子２０は、図６に示すように、それぞれ、配置面１８を６つに均等に分割した振動子配置領域２１に配置されている。振動子配置領域２１は、それぞれ、配置面１８のうち第二反射面１７の中央（軸Ａ１）から０°超過６０°以下の範囲である。振動子配置領域２１は、それぞれ扇形状である。

６個の振動子２０は、超音波発生源１１の軸Ａ１に対して回転対称の位置に配置されている。具体的には、振動子２０は、軸Ａ１を回転対称軸として６０°回転対称に配置されている。

６個の振動子２０は、同形状である。超音波発生源１１を下側から見ると、６個の振動子２０は、直線Ｌを基準に対称である。直線Ｌは、軸Ａ１を通って周方向に隣接する振動子２０の間に延びている。各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、互いに平行である。６個の振動子２０の内周縁２０Ａは、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを構成する。６個の振動子２０の外周縁２０Ｂは、超音波発生源１１の外周縁１１Ｂを構成する。各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、同心の円弧状である。各振動子２０の幅寸法Ｂは、周方向に一定である。６つの振動子２０の近接する端縁２３同士は、互いに平行である。

６個の振動子２０は、互いに離間している。６つの振動子２０の間には、スペース部２４が形成されている。スペース部２４は、軸Ａ１から６個の振動子２０の端縁２３の間に放射状に延びている。

６個の振動子２０は、個別に駆動する。６個の振動子２０は、それぞれ別の導電路によって信号送受信回路に接続されている。

次に、上記のように構成された実施例の作用および効果について説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、超音波発生源１１と、超音波集束部１２と、導波路１３と、を備えている。超音波発生源１１は、超音波を発生する。超音波集束部１２は、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する。導波路１３は、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する。超音波集束部１２は、放物面状の第一反射面１６と、放物面状の第二反射面１７とを有している。第一反射面１６は、超音波発生源１１と対向して配置されている。第二反射面１７は、第一反射面１６と対向して配置されている。第一反射面１６は、超音波発生源１１から発生した超音波を第二反射面１７に向かって反射する。第二反射面１７は、第一反射面１６にて反射された超音波を導波路１３に向かって反射して導波路１３の内部に導入する。超音波発生源１１は、第一反射面１６との対向方向と交差する方向に２個以上の振動子２０を並べて構成されている。

この構成によれば、２個以上の振動子２０を並べて超音波発生源１１の面積を大きくすることによって、性能を良くできる。製造しやすい大きさの振動子２０を用いることによって、容易に製造できる。したがって、超音波発生装置１０の性能を良くし、また超音波発生装置１０を製造しやすくできる。

超音波発生源１１は、第二反射面１７の周囲を囲うように配置されている。複数の振動子２０は、それぞれが、第二反射面１７の中央から０°超過１８０°以下の領域に配置されている。この構成によれば、複数の振動子２０によって、環状の超音波発生源１１を容易に製造できる。

複数の振動子２０は、超音波発生源１１の中心軸Ａ１に対して回転対称の位置に配置されている。この構成によれば、超音波発生源１１は、周方向に均一性を有するから、整った波形の超音波を発生できる。

複数の振動子２０は、互いに離間している。この構成によれば、各振動子２０を個別に駆動できるとともに、隣接する振動子２０の振動の影響を小さくできる。したがって、超音波発生装置１０の性能を良くできる。

複数の振動子２０は、個別に駆動する。この構成によれば、個別に振動子２０を駆動することによって超音波の強度を調整等できるから、超音波発生装置１０の性能を良くできる。例えば、導波路の共振周波数に合わせた発振駆動において、同一の周波数で発振タイミングをずらして駆動させることにより、先端部の駆動を任意の形態とすることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明を具体化した実施例２に係る超音波発生装置１０を図７によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、複数の振動子２０を同心円状に配置した点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例１と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する導波路１３と、を備えている。超音波発生源１１は、実施例１と同様に、軸Ａ１と直交する方向（第一反射面１６との対向方向と交差する方向）に２個以上の振動子２０を並べて構成されている。

超音波発生源１１は、３個の振動子２０を並べて構成されている。３個の振動子２０は、それぞれ、配置面１８を３つに分割した振動子配置領域３０，３１，３２に配置されている。

配置面１８の中央部に位置する振動子配置領域（中央配置領域３０と称する。）は、軸Ａ１を含んでいる。中央配置領域３０は、円形状である。配置面１８の外周縁部に位置する振動子配置領域（外周配置領域３２と称する。）は、円環状である。中央配置領域３０と中間配置領域３１との間に位置する振動子配置領域（中間配置領域３１と称する。）は、円環状である。

超音波発生源１１を下側から見ると、３個の振動子２０は、軸Ａ１を通る直線Ｌを基準に対称である。３個の振動子２０は、それぞれ、軸Ａ１を中心とした円環状である。３個の振動子２０のうち中央配置領域３０に配置された振動子２０を中央振動子３３、外周配置領域３２に配置された振動子２０を外周振動子３４、中間配置領域３１に配置された振動子２０を中間振動子３５と称する。中央振動子３３、外周振動子３４、及び中間振動子３５は、軸Ａ１を中心軸とした同心円状に配置されている。

各振動子２０において内周縁２０Ａと外周縁２０Ｂとの中心を通る中心線Ｃは、軸Ａ１を中心とした円形状である。中央振動子３３の中心線Ｃの軸Ａ１に直交する径寸法Ｄは、３個の振動子２０において最も小さい。外周振動子３４の中心線Ｃの径寸法Ｄは、３個の振動子２０において最も大きい。

各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、軸Ａ１に直交する面において互いに平行である。中央振動子３３の内周縁２０Ａは、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを構成する。外周振動子３４の外周縁２０Ｂは、超音波発生源１１の外周縁１１Ｂを構成する。各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、同心の円形状である。各振動子２０の幅寸法Ｂは、各振動子２０において一定である。各振動子２０の幅寸法Ｂは、各振動子２０の内周縁２０Ａと外周縁２０Ｂとの軸Ａ１に直交する最短距離である。

３個の振動子２０は、互いに離間している。中央振動子３３の外周縁２０Ｂと中間振動子３５の内周縁２０Ａ、及び中間振動子３５の外周縁２０Ｂと外周振動子３４の内周縁２０Ａは、それぞれ互いに平行である。３個の振動子２０の間には、２つのスペース部２４が形成されている。２つのスペース部２４は、いずれも軸Ａ１を中心とした円形状である。

３つの振動子２０の固有振動数は、互いに異なっている。言い換えると、３つの振動子２０の共振周波数は異なっている。中央振動子３３は周波数Ｆ１で強く振動し、外周振動子３４は、周波数Ｆ２で強く振動し、中間振動子３５は、周波数Ｆ３で強く振動する。超音波発生源１１は、周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３のそれぞれで強い超音波を発生する。

３個の振動子２０は、個別に駆動する。３個の振動子２０は、それぞれ別の導電路によって信号送受信回路に接続されている。

以上のように本実施例においては、実施例１と同様、超音波発生源１１は、２個以上の振動子２０を並べて構成されている。これにより、製造しやすい大きさの振動子２０を並べて超音波発生源１１の面積を大きくし、超音波発生装置１０の性能を良くできる。

加えて、複数の振動子２０は、同心円状に配置されている。この構成によれば、超音波発生源１１は、周方向に均一性を有するから、きれいな波形の超音波を発生できる。

また、複数の振動子２０は、互いに異なる固有振動数の振動子２０を含んでいる。この構成によれば、振動子２０は、強く振動する周波数（共振周波数）が異なるから、所望の周波数で強い超音波を送信できる。すなわち単一の超音波発生装置１０でありながら、異なる周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３で強力な超音波を送ることができる。

＜実施例３＞
次に、本発明を具体化した実施例３に係る超音波発生装置１０を図８によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、同心円状の振動子３３，３４，３５を、複数の振動子２０からなる振動子群４１，４２，４３で形成した点で、実施例２と相違する。なお、実施例２と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例２と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する導波路１３と、を備えている。超音波発生源１１は、実施例２と同様に、振動子３３，３４，３５を同心円状に並べて構成されている。

中央振動子３３を構成する中央振動子群４１は、中央配置領域３０に配置されている。外周振動子３４を構成する外周振動子群４２は、外周配置領域３２に配置されている。中間振動子３５を構成する中間振動子群４３は、中間配置領域３１に配置されている。

超音波発生源１１を下側から見ると、３個の振動子群４１，４２，４３は、それぞれ、超音波発生源１１の軸Ａ１を中心とした円環状である。中央振動子群４１、外周振動子群４２、及び中間振動子群４３は、軸Ａ１を中心軸とした同心円状に配置されている。

中央振動子群４１を構成する振動子２０は、それぞれ、軸Ａ１を中心とした等角度で中央配置領域３０を分割した領域に配置されている。外周振動子群４２を構成する振動子２０は、それぞれ、軸Ａ１を中心とした等角度で外周配置領域３２を分割した領域に配置されている。中間振動子群４３を構成する振動子２０は、それぞれ、軸Ａ１を中心とした等角度で中間配置領域３１を分割した領域に配置されている。

各振動子２０は、軸Ａ１を中心とした円弧状である。振動子２０は、超音波発生源１１の軸Ａ１に対して回転対称の位置に配置されている。具体的には、振動子２０は、軸Ａ１を回転対称軸として６０°回転対称に配置されている。

各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂは、軸Ａ１に直交する面において互いに平行である。中央振動子群４１の内周縁４１Ａは、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを構成する。外周振動子群４２の外周縁４２Ｂは、超音波発生源１１の外周縁１１Ｂを構成する。各振動子２０の幅寸法Ｂは、それぞれ、各振動子２０の周方向において一定である。各振動子群４１，４２，４３を構成する振動子２０の近接する端縁２３同士は、互いに平行である。

中央振動子群４１を構成する振動子２０は、周方向に互いに離間している。外周振動子群４２を構成する振動子２０は、周方向に互いに離間している。中間振動子群４３を構成する振動子２０は、周方向に互いに離間している。中央振動子群４１を構成する振動子２０の間、外周振動子群４２を構成する振動子２０の間、中間振動子群４３を構成する振動子２０の間には、スペース部２４が形成されている。スペース部２４は、軸Ａ１を中心に周方向に隣接する振動子２０の端縁２３の間に放射状に延びている。

各振動子群４１，４２，４３は、それぞれ、同一の固有振動数の振動子２０によって構成されている。３つの振動子群４１，４２，４３の固有振動数（共振周波数）は、互いに異なっている。具体的には、中央振動子群４１は周波数Ｆ１で強く振動し、外周振動子群４２は、周波数Ｆ２で強く振動し、中間振動子群４３は、周波数Ｆ３で強く振動する。超音波発生源１１は、異なる周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３で強い超音波を発生する。

３個の振動子群４１，４２，４３は、個別に駆動する。３個の振動子群４１，４２，４３は、それぞれ別の導電路によって信号送受信回路に接続されている。なお、全ての振動子２０がそれぞれ個別に駆動してもよいし、振動子群４１，４２，４３を構成する振動子２０毎に一括して駆動してもよい。

以上のように本実施例においては、実施例２と同様、超音波発生源１１は、２個以上の振動子２０を並べて構成されている。これにより、製造しやすい大きさの振動子２０を並べて超音波発生源１１の面積を大きくし、超音波発生装置１０の性能を良くできる。

加えて、実施例２と同様、複数の振動子２０は、同心円状に配置されているから、きれいな波形の超音波を発生できる。

また、実施例２と同様、複数の振動子２０は、互いに異なる固有振動数の振動子２０を含んでいるから、単一の超音波発生装置１０でありながら、異なる周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３で強力な超音波を送ることができる。

＜実施例４＞
次に、本発明を具体化した実施例４に係る超音波発生装置１０を図９及び図１０によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、同心円状の振動子２０の厚さ寸法Ｔを異なる寸法とした点で、実施例２と相違する。なお、実施例２と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例２と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する導波路１３と、を備えている。

超音波発生源１１は、実施例２と同様に、２個以上の振動子２０を同心円状に並べて構成されている。図９及び図１０には、２個の振動子２０を並べた場合を示す。２個の振動子２０は、それぞれ、配置面１８を２つに分割した中央配置領域３０及び外周配置領域３２に配置されている。

２個の振動子２０の厚さ寸法Ｔ１，Ｔ２は、互いに異なっている。厚さ寸法Ｔ１，Ｔ２は、各振動子２０の第一主面１４と第二主面１５との間の軸Ａ１と平行な距離である。２個の振動子２０のうち中央配置領域３０に配置された中央振動子３３の厚さ寸法Ｔ１は、外周配置領域３２に配置された外周振動子３４の厚さ寸法Ｔ２よりも小さい。中央振動子３３の第二主面１５は、外周振動子３４の第二主面１５よりも上側に位置している。

超音波集束部１２及び導波路１３は、同一の金属部材又は異なる金属部材によって一体的に構成されている。超音波集束部１２及び導波路１３が一体化した金属部分は、図示されていないグラウンド部に電気的に接続され、グラウンド電位（例えば０Ｖ)に維持される。超音波集束部１２は、共通のグラウンド部として機能する。

中央振動子３３の第一主面１４は、超音波集束部１２に電気的に接続され、上記のグラウンド電位とされている。中央振動子３３の第二主面１５に配置されている電極に対しては、図示されていない第１の交流回路によって駆動電圧が印加される。具体的には、第１の交流回路により、中央振動子３３の第一主面１４と第二主面１５との間に第１周波数ｆ１の交流電圧が印加される。

外周振動子３４の第一主面１４は、超音波集束部１２に電気的に接続され、上記のグラウンド電位とされている。外周振動子３４の第二主面１５に配置されている電極に対しては、図示されていない第２の交流回路によって駆動電圧が印加される。具体的には、第２の交流回路により、外周振動子３４の第一主面１４と第二主面１５との間に第２周波数ｆ２の交流電圧が印加される。第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２とは、異なっている。

以上のように本実施例においては、実施例２と同様、超音波発生源１１は、２個以上の振動子２０を並べて構成されている。これにより、製造しやすい大きさの振動子２０を並べて超音波発生源１１の面積を大きくし、超音波発生装置１０の性能を良くできる。

加えて、実施例２と同様、複数の振動子２０は、同心円状に配置されているから、整った波形の超音波を発生できる。

また、複数の振動子２０は、互いに異なる厚さ寸法Ｔ１，Ｔ２を有している。これにより、単一の超音波発生装置１０でありながら、異なる周波数ｆ１，ｆ２で強力な超音波を送ることができる。

＜実施例５＞
次に、本発明を具体化した実施例５に係る超音波発生装置１０を図１１及び図１２によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、振動子２０に段差面５１を形成した点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例１と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する導波路１３と、を備えている。超音波発生源１１は、実施例１と同様に、軸Ａ１と直交する方向に２個以上の振動子２０を並べて構成されている。図１１及び図１２には、２個の振動子２０を並べた場合を示す。

各振動子２０には段差面５１が形成されている。段差面５１は、第一主面１４及び第二主面１５と直交している。超音波発生源１１を下側から見ると、段差面５１は、各振動子２０の内周縁２０Ａ及び外周縁２０Ｂと平行な円弧状である。

各振動子２０において段差面５１より内周側の部分（内周部５２と称する。）と段差面５１より外周側の部分（外周部５３と称する。）とは、厚さ寸法Ｔ３，Ｔ４が異なっている。厚さ寸法Ｔ３は、内周部５２の第一主面１４と第二主面１５との間の軸Ａ１と平行な距離である。厚さ寸法Ｔ４は、外周部５３の第一主面１４と第二主面１５との間の軸Ａ１と平行な距離である。内周部５２の厚さ寸法Ｔ３は、外周部５３の厚さ寸法Ｔ４よりも小さい。内周部５２の第二主面１５は、外周部５３の第二主面１５よりも上側に位置している。

以上のように本実施例においては、実施例２と同様、超音波発生源１１は、２個以上の振動子２０を並べて構成されている。これにより、製造しやすい大きさの振動子２０を並べて超音波発生源１１の面積を大きくし、超音波発生装置１０の性能を良くできる。

また、超音波発生源１１の内周部５２と、超音波発生源１１の外周部５３とが、互いに異なる厚さ寸法Ｔ３，Ｔ４を有している。これにより、単一の超音波発生装置１０でありながら、異なる周波数で強力な超音波を送ることができる。

＜実施例６＞
次に、本発明を具体化した実施例６に係る超音波発生装置１０を図１３によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、振動子２０を積層した点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例１と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する導波路１３と、を備えている。超音波発生源１１は、軸Ａ１と直交する方向に２個以上の振動子２０を並べて構成されている。また、超音波発生源１１は、軸Ａ１と平行な方向に２個以上の振動子２０を積層して構成されている。図１３には、２個の振動子２０を積層した場合を示す。超音波発生源１１の厚さ寸法Ｔは、振動子２０を積層した分だけ増している。積層した振動子２０の内径寸法及び外径寸法は等しい。超音波発生源１１の内周面は、超音波発生源１１の内周縁１１Ａから軸Ａ１と平行に下側に延びている。

この構成によれば、実施例１と同様、２個以上の振動子２０を面方向に並べて超音波発生源１１の面積を大きくすることで、超音波発生源１１が送信する超音波の強度を向上できる。加えて、２個以上の振動子２０を上下方向に積層して超音波発生源１１の厚さ寸法Ｔを大きくすることで、駆動電圧を低電圧化できる。したがって、超音波発生装置１０の性能を良くし、また超音波発生装置１０を製造しやすくできる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例において、各振動子２０は、軸Ａ１を中心とした円弧状もしくは円環状である。これに限らず、各振動子２０の形状は、図１４に示すように、円形状であってもよい。
（２）上記実施例２において、超音波発生源１１は、３つの振動子２０を同心円状に配置して構成されている。これに限らず、超音波発生源は、２つ、もしくは４以上の振動子を同心円状に配置してもよい。
（３）上記実施例２において、各振動子３３，３４，３５の幅寸法Ｂ及び厚さ寸法Ｔは、それぞれ異なる寸法としてもよい。
（４）上記実施例３において、各振動子群４１，４２，４３を構成する振動子２０は、軸Ａ１を中心とした円弧状である。これに限らず、各振動子群４１，４２，４３を構成する振動子２０は、図１５に示すように、円形状であってもよい。この場合、中央振動子群４１を構成する振動子２０の径寸法Ｄ１、中間振動子群４３を構成する振動子２０の径寸法Ｄ２、外周振動子群４２を構成する振動子２０の径寸法Ｄ３を異なる寸法としても良い。
（５）上記実施例３において、各振動子群４１，４２，４３を構成する振動子２０の幅寸法Ｂ及び厚さ寸法Ｔは、それぞれ異なる寸法としてもよい。
（６）上記実施例において、振動子２０は離間している。これに限らず、図１６及び図１７に示すように、振動子２０同士は接していても良い。
（７）上記実施例において、配置面１８は平坦面である。これに限らず、図１８に示すように、配置面１８に段差５０を設けてもよい。配置面１８に段差５０を設けることによって、振動子２０を位置決めしやすくでき、もって組み立て精度を向上できる。
（８）上記実施例において第一反射面１６及び第二反射面１７は放物面である。これに限らず、第一反射面及び第二反射面の両方もしくは一方は、厳密な放物面ではなくともよく、近似的に放物面とみなせる形状であればよい。言い換えると、第一反射面及び第二反射面の両方もしくは一方は、超音波発生源から発生した超音波が第一反射面および第二反射面を経由して導波路へと到達するように湾曲した面であればよい。第一反射面及び第二反射面は、多数の微小な平面で構成されていてもよい。
（９）上記実施例において超音波発生源１１は圧電セラミック材料からなる圧電素子である。これに限らず、超音波発生源は、他の圧電材料を用いることができる。超音波発生源は、例えば圧電セラミック材料の積層体などであってもよい。
（１０）上記実施例において導入面１９を第二反射面１７に平行投影すると、導入面１９の全体は第二反射面１７内に収まっている。これに限らず、導入面の一部は第二反射面の外側にはみ出してもよい。
（１１）上記実施例では、導波路１３および超音波集束部１２はそれぞれ中実であるが、導波路及び超音波集束部は中実に限られず、例えば、内部に貫通孔や閉鎖空間が形成されていてもよい。
（１２）上記実施例６において積層した振動子２０の内径寸法及び外径寸法は等しい。これに限らず、積層した振動子の内径寸法及び外径寸法は異なっていてもよい。例えば、下側の振動子の内径寸法を、上側の振動子の内径寸法より大きくしてもよい。
（１３）上記実施例において第一主面１４及び第二主面１５に配置されている電極の形状は、両面電極であってもよいし、折返し電極であってもよい。

１０…超音波発生装置
１１…超音波発生源
１２…超音波集束部
１３…導波路
１６…第一反射面
１７…第二反射面
２０…振動子

Claims (7)

1. 超音波を発生する超音波発生源と、
   前記超音波発生源から発生した超音波を集束する超音波集束部と、
   前記超音波集束部によって集束された超音波を伝送する導波路と、を備え、
   前記超音波集束部は、前記超音波発生源と対向して配置された第一反射面と、前記第一反射面と対向して配置された第二反射面とを有し、
   前記第一反射面は、前記超音波発生源とは反対側に凸な湾曲面であり、前記超音波発生源から発生した超音波を前記第二反射面に向かって反射し、前記第二反射面は、前記第一反射面とは反対側に凸な湾曲面であり、前記第一反射面にて反射された超音波を前記導波路に向かって反射して前記導波路の内部に導入する超音波発生装置であって、
   前記超音波発生源は、前記第一反射面との対向方向と交差する方向に２個以上の振動子を並べて構成されている、超音波発生装置。
2. 前記超音波発生源は、前記第二反射面の周囲を囲うように配置され、
   前記複数の振動子は、それぞれが、前記第二反射面の中央から０°超過１８０°以下の領域に配置されている、請求項１に記載の超音波発生装置。
3. 前記複数の振動子は、前記超音波発生源の中心軸に対して回転対称の位置に配置されている、請求項１又は請求項２に記載の超音波発生装置。
4. 前記複数の振動子は、同心円状に配置されている、請求項１又は請求項２に記載の超音波発生装置。
5. 前記複数の振動子は、互いに異なる固有振動数の振動子を含んでいる、請求項１又は請求項２に記載の超音波発生装置。
6. 前記複数の振動子は、互いに離間している、請求項１又は請求項２に記載の超音波発生装置。
7. 前記複数の振動子は、個別に駆動する、請求項１又は請求項２に記載の超音波発生装置。

Images