JP6234641B1 - 超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサの製造方法 - Google Patents

Abstract

超音波トランスデューサは、長手軸に沿う方向について先端側ブロックと基端側ブロックとの間で挟まれる状態でボルトの外周に取付けられる駆動ユニットを備え、前記駆動ユニットは、電気エネルギーが供給されることにより超音波振動を発生する圧電素子を備える。前記超音波トランスデューサは、圧電素子で発生した超音波振動を伝達することにより、前記駆動ユニットに発生する第１の振動節及び前記ボルトに発生する第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される状態で、振動する。

Description

本発明は、電気エネルギーが供給されることにより超音波振動を発生する圧電素子を備える超音波トランスデューサ、及び、その超音波トランスデューサの製造方法に関する。

ＵＳ２００９／２７５８６４Ａ１には、超音波振動を用いて処置対象を処置する超音波処置具が開示されている。この超音波処置具には、電気エネルギーが供給されることにより超音波振動を発生する圧電素子を備える超音波トランスデューサが設けられる。この超音波トランスデューサでは、ボルトの先端部が先端側ブロックに接続され、ボルト及び先端側ブロックが一体に形成される。また、ボルトの外周には、圧電素子を含む駆動ユニットが取付けられる。ボルトの基端部は、基端側ブロックに接続され、ボルトの外周に基端側ブロックが締結される。駆動ユニットは、先端側ブロックと基端側ブロックとの間で挟まれ、基端側ブロックから駆動ユニットには、先端側への押圧力が作用する。

ＵＳ２００９／２７５８６４Ａ１のような超音波トランスデューサでは、ボルト及び圧電素子は、互いに対して剛性率等の材質が異なる。また、超音波トランスデューサを構成する部材ごとに、形状等が異なる。このため、圧電素子で発生した超音波振動によって超音波トランスデューサが振動している状態では、超音波トランスデューサを構成する部材ごとの材質及び形状等の違いに起因して、駆動ユニットに発生する振動節及びボルトに発生する振動節が長手軸に沿う方向について互いに対してずれる可能性がある。駆動ユニットの振動節とボルトの振動節との間にずれが発生すると、圧電素子への出力電流と出力電圧との間の位相差が大きくなったり、所望の振動とは異なる不正振動が発生したりする可能性がある。したがって、駆動ユニットの振動節とボルトの振動節との間にずれが発生することにより、電気エネルギーの振動エネルギーへの変換においてロスが増加し、エネルギーのロスに起因する超音波トランスデューサでの発熱も増加する。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電気エネルギーの振動エネルギーへの変換においてロスが低減される超音波トランスデューサ及びその超音波トランスデューサの製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明のある態様の超音波トランスデューサは、基端及び先端を有し、基端から先端まで長手軸に沿って延設されるボルトと、前記ボルトの先端部が接続される先端側ブロックと、前記ボルトの基端部が接続される基端側ブロックと、電気エネルギーが供給されることにより超音波振動を発生する圧電素子を備えるとともに、前記長手軸に沿う方向について前記先端側ブロックと前記基端側ブロックとの間で挟まれる状態で前記ボルトの外周に取付けられる駆動ユニットであって、前記圧電素子で発生した前記超音波振動を伝達することにより、前記駆動ユニットに発生する第１の振動節及び前記ボルトに発生する第２の振動節の前記長手軸に沿う前記方向についての互いに対するずれが抑制される状態で、前記ボルト、前記先端側ブロック及び前記基端側ブロックと一緒に振動する駆動ユニットと、を備える。

本発明のある態様の超音波トランスデューサの製造方法は、基端から先端まで長手軸に沿って延設されるボルトの外周に、圧電素子を備える駆動ユニットを取付けることと、 前記長手軸に沿う方向について前記ボルトの先端部が接続される先端側ブロックと前記ボルトの基端部が接続される基端側ブロックとの間で、前記駆動ユニットを挟むことと、 前記圧電素子への電気エネルギーの供給によって前記圧電素子で超音波振動を発生させ、発生した前記超音波振動によって前記ボルト、前記先端側ブロック、前記基端側ブロック及び前記駆動ユニットを一緒に振動させることと、前記ボルト、前記先端側ブロック、前記基端側ブロック及び前記駆動ユニットが一緒に振動している状態において、前記駆動ユニットに発生する第１の振動節及び前記ボルトに発生する第２の振動節の前記長手軸に沿う前記方向についての相対位置を検出することと、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記相対位置の検出結果に基づいて、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う前記方向についての互いに対するずれが抑制される状態に、前記第１の振動節が発生する外側振動系での振動状態及び前記第２の振動節が発生する内側振動系での振動状態 を調整することと、を備える。

図１は、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサが用いられる処置システムを示す概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を概略的に示す断面図である。 図３Ａは、第１の振動節及び第２の振動節が互いに対してずれていない状態での、駆動ユニットへの出力電流と出力電圧との間の位相差、及び、出力における周波数のＰＬＬ制御開始時からの経時的な変化の一例を示す概略図である。 図３Ｂは、第１の振動節に対して第２の振動節が先端側に位置する状態での、駆動ユニットへの出力電流と出力電圧との間の位相差、及び、出力における周波数のＰＬＬ制御開始時からの経時的な変化の一例を示す概略図である。 図４は、第１の実施形態において長手軸から非接触部までの径方向についての距離の調整により、第１の振動節及び第２の振動節の互いに対するずれを抑制する手法の一例を示す概略図である。 図５は、第１の変形例において非接触部の長手軸に沿う方向についての寸法の調整により、第１の振動節及び第２の振動節の互いに対するずれを抑制する手法の一例を示す概略図である。 図６は、第２の変形例において第２の延設領域での第２の面積の調整により、第１の振動節及び第２の振動節の互いに対するずれを抑制する手法の一例、及び、第３の変形例において第２の延設領域の長手軸に沿う方向についての寸法の調整により、第１の振動節及び第２の振動節の互いに対するずれを抑制する手法の一例を示す概略図である。 図７は、第４の変形例においてボルトの外径の調整により、第１の振動節及び第２の振動節の互いに対するずれを抑制する手法の一例を示す概略図である。 図８は、第４の変形例においてボルトの外径の調整により、第１の振動節及び第２の振動節の互いに対するずれを抑制する手法の図７とは別の一例を示す概略図である。 図９は、第５の変形例に係る超音波トランスデューサの構成を概略的に示す断面図である。 図１０は、第６の変形例に係る超音波トランスデューサの構成を概略的に示す断面図である。 図１１は、第７の変形例に係る超音波トランスデューサの構成を概略的に示す断面図である。 図１２は、第８の変形例に係る超音波トランスデューサの構成を概略的に示す断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本実施形態の超音波トランスデューサ２０が用いられる処置システム１を示す図である。図１に示すように、処置システム１は、超音波処置具２と、エネルギー制御装置３と、を備える。超音波処置具２は、保持可能なハウジング５と、ハウジング５に取付けられるシャフト６と、を備える。シャフト６は、略真直ぐに延設される。ここで、超音波処置具２では、シャフト６に対してハウジング５が位置する側を基端側（矢印Ｃ１側）とし、基端側とは反対側を先端側（矢印Ｃ２側）とする。このため、シャフト６は、先端側からハウジング５に取付けられる。また、超音波処置具２では、シャフト６に対して先端側の部位に、エンドエフェクタ７が設けられる。

ハウジング５には、ハンドル８が回動可能に取付けられる。ハンドル８がハウジング５に対して回動することにより、ハンドル８がハウジング５に対して開く又は閉じる。また、シャフト６には、ロッド部材（プローブ）１０が挿通される。ロッド部材１０は、チタン合金等の振動伝達性の高い材料から形成される。ロッド部材１０は、ハウジング５の内部からシャフト６の内部を通って、先端側へ向かって延設される。そして、ロッド部材１０は、シャフト６の先端から先端側に突出するロッド突出部１１を備える。また、シャフト６の先端部には、ジョー１２が回動可能に取付けられる。ジョー１２とハンドル８との間は、シャフト６の内部を通って延設される可動部材（図示しない）を介して連結される。ハンドル８をハウジング５に対して開く又は閉じることにより、可動部材が基端側又は先端側に移動する。これにより、ジョー１２がシャフト６に対して回動し、ジョー１２とロッド突出部１１との間が開く又は閉じる。本実施形態では、ロッド突出部１１及びジョー１２によってエンドエフェクタ７が形成される。そして、ジョー１２とロッド突出部１１との間で生体組織等の処置対象を把持することにより、処置対象を処置する。

なお、ある実施例では、ハウジング５に、回転操作部材である回転ノブ（図示しない）が取付けられ、回転ノブは、シャフト６の中心軸の軸回りにハウジング５に対して回転可能である。この場合、回転ノブを回転させることにより、シャフト６、エンドエフェクタ７及びロッド部材１０は、シャフト６の中心軸の軸回りにハウジング５に対して一緒に回転する。また、ある実施例では、ジョー１２が設けられず、ロッド突出部１１のみからエンドエフェクタ７が形成される。この場合、前述のハンドル８及び可動部材は設けらない。また、この場合、ロッド突出部１１は、フック形状、ヘラ形状又はブレード形状等を有する。

超音波トランスデューサ２０は、ハウジング５の内部において、ロッド部材１０に基端側から接続される。本実施形態では、超音波トランスデューサ２０は、トランスデューサケース１８の内部に収容され、トランスデューサケース１８に支持される。そして、トランスデューサケース１８をハウジング５に基端側から取付けることにより、超音波トランスデューサ２０がロッド部材１０に接続される。本実施形態では、超音波トランスデューサ２０の先端が、直接的にロッド部材１０の基端に接続される。また、本実施形態では、トランスデューサケース１８に、ケーブル１３の一端が接続される。ケーブル１３の他端は、エネルギー制御装置３に取外し可能に接続される。

なお、ある実施例では、トランスデューサケース１８が設けられない。この場合、超音波トランスデューサ２０は、ハウジング５によって支持され、ケーブル１３の一端は、ハウジング５に接続される。また、ある実施例では、超音波トランスデューサ２０は、１つ以上の中継部材（図示しない）を介して間接的にロッド部材１０に接続される。この場合、中継部材は、チタン合金等の振動伝達性の高い材料から形成される。また、前述の回転ノブが設けられる実施例では、回転ノブを回転させることにより、超音波トランスデューサ２０は、シャフト６、エンドエフェクタ７及びロッド部材１０と一緒に、シャフト６の中心軸の軸回りにハウジング５に対して回転する。

図２は、超音波トランスデューサ２０の構成を示す図である。図２に示すように、超音波トランスデューサ２０は、中心軸として長手軸Ｃを有するボルト（シャフト）２１を備える。ここで、長手軸Ｃに沿う方向の一方側が基端側（矢印Ｃ１側）と一致し、長手軸Ｃに沿う方向の他方側が先端側（矢印Ｃ２側）と一致する。ボルト２１は、基端から先端まで長手軸Ｃに沿って略真直ぐに延設される。

図１及び図２に示すように、超音波トランスデューサ２０では、ボルト２１の先端部が、先端側ブロック（フロントマス）２２に接続される。本実施形態では、先端側ブロック２２は、ボルト２１と一体である。先端側ブロック２２及びボルト２１は、例えばチタン合金、アルミニウム合金又はＳＵＳ等から形成される。なお、先端側ブロック２２は、ボルト２１と同一の材料から形成されてもよく、ボルト２１とは異なる材料から形成されてもよい。また、先端側ブロック２２は、超音波トランスデューサ２０の先端を形成し、ロッド部材１０又は中継部材に接続される。本実施形態では、先端側ブロック２２に、トランスデューサケース１８又はハウジング５によって支持されるフランジ等の被支持部２５が形成され、先端側に向かって長手軸Ｃに略垂直な断面積が減少するホーン２６が形成される。なお、超音波トランスデューサ２０とロッド部材１０との間に中継部材が設けられる実施例では、前述の被支持部２５及びホーン２６が中継部材に設けられてもよい。

超音波トランスデューサ２０では、ボルト２１の基端部が、基端側ブロック（バックマス）２３に接続される。本実施形態では、基端側ブロック２３は、ボルト２１の外周を覆うリング状に形成される。ボルト２１の基端部の外周には、第１の係合部として雄ネジ部２７が形成される。また、基端側ブロック２３の内周には、第１の係合部に係合する第２の係合部として、雌ネジ部２８が形成される。本実施形態では、雄ネジ部２７は、ボルト２１の基端から先端側に向かって延設され、雌ネジ部２８は、基端側ブロック２３の基端から先端側に向かって延設される。雄ネジ部２７に雌ネジ部２８が係合する、すなわち螺合することにより、ボルト２１の外周に基端側ブロック２３が締結される。したがって、本実施形態では、基端側ブロック２３は、ボルト２１の外周に締結される締結部材である。

基端側ブロック２３は、例えばチタン合金、アルミニウム合金又はＳＵＳ等から形成される。ここで、基端側ブロック２３は、先端側ブロック２２と同一の材料から形成されてもよく、先端側ブロック２２とは異なる材料から形成されてもよい。また、本実施形態では、基端側ブロック２３の基端は、長手軸Ｃに沿う方向についてボルト２１の基端と位置が略一致し、基端側ブロック２３の基端及びボルト２１の基端によって、超音波トランスデューサ２０の基端が形成される。

ボルト２１の外周には、駆動ユニット３０が取付けられる。駆動ユニット３０は、長手軸Ｃに沿う方向について先端側ブロック２２と基端側ブロック２３との間で挟まれる。そして、駆動ユニット３０は、基端側ブロック２３によって先端側へ押圧される。駆動ユニット３０は、本実施形態では１０個の圧電素子３１を備える。圧電素子３１は、例えばセラミックス等、ボルト２１とは剛性率等の材質（物性値）が異なる材料から形成される。圧電素子３１は、電気エネルギーを振動エネルギーに変換する。圧電素子３１のそれぞれは、リング状に形成され、ボルト２１は、圧電素子３１のそれぞれに挿通される。なお、圧電素子３１は、少なくとも１つ設けられていればよい。

また、駆動ユニット３０は、金属等の導電材料から形成される電極部材３２，３３を備える。電極部材３２は、本実施形態では６つの電極リング部３５を備え、電極部材３３は、本実施形態では５つの電極リング部３６を備える。ボルト２１は、電極リング部３５のそれぞれ及び電極リング部３６のそれぞれに挿通される。圧電素子３１のそれぞれは、長手軸Ｃに沿う方向について電極リング部３５の対応する１つと電極リング部３６の対応する１つとの間で挟まれる。電極部材３２には、電気配線３７の一端が接続される。また、電極部材３３には、電気配線３８の一端が接続される。なお、電極リング部３５，３６の数は、圧電素子３１の数に対応して決定され、いずれの場合も、圧電素子３１のそれぞれが電極リング部３５の対応する１つと電極リング部３６の対応する１つとの間で挟まれる構成となる。前述のように超音波トランスデューサ２０が形成されるため、本実施形態では、超音波トランスデューサ２０は、ボルト締めランジュバン型振動子（Bolt-clamped Langevin-type Transducer）となる。

エネルギー制御装置３は、エネルギー出力源１５、プロセッサ１６及び記憶媒体１７を備える。電気配線３７，３８は、ケーブル１３の内部を通って延設され、電気配線３７，３８のそれぞれの他端は、エネルギー出力源１５に接続される。エネルギー出力源１５は、バッテリー電源又はコンセントで電源等からの電力を超音波トランスデューサ２０の駆動ユニット３０に供給される電気エネルギーに変換する変換回路等を備え、変換した電気エネルギーを出力する。エネルギー出力源１５から出力され電気エネルギーは、電気配線３７，３８を介して、駆動ユニット３０に供給される。エネルギー出力源１５は、例えば所定の周波数範囲のいずれかの周波数で、交流電力を駆動ユニット３０へ出力する。

制御部であるプロセッサ１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含む集積回路から形成される。プロセッサ１６での処理は、プロセッサ１６又は記憶媒体１７に記憶されたプログラムに従って行われる。また、記憶媒体１７には、プロセッサ１６で用いられる処理プログラム、及び、プロセッサ１６での演算で用いられるパラメータ及びテーブル等が記憶される。プロセッサ１６は、エネルギー出力源１５から駆動ユニット３０への電気エネルギーの出力を制御する。本実施形態では、プロセッサ１６は、エネルギー出力源１５から駆動ユニットへの電気エネルギーに関する出力電流及び出力電圧を検出し、出力電流と出力電圧との間の位相差Δθを検出する。そして、プロセッサ１６は、位相差Δθがゼロになる状態に、エネルギー出力源１５からの出力における周波数ｆを所定の周波数範囲Δｆで調整する。すなわち、位相差Δθがゼロになる状態に電気エネルギーの出力における周波数ｆを調整するＰＬＬ（Phase Lock Loop）制御が、プロセッサ１６によって行われる。

エネルギー出力源１５から駆動ユニット３０に電気エネルギーが供給されることにより、電極部材３２,３３の間に電圧が印加され、圧電素子３１のそれぞれに電圧が印加される。これにより、圧電素子３１のそれぞれは、電気エネルギーを振動エネルギーに変換し、圧電素子３１で超音波振動が発生する。発生した超音波振動は、ロッド部材１０に伝達され、ロッド部材１０において基端側から先端側へロッド突出部１１まで伝達される。エンドエフェクタ７は、ロッド突出部１１に伝達された超音波振動を用いて生体組織等の処置対象を処置する。超音波トランスデューサ２０及びロッド部材１０において超音波振動が伝達される状態では、超音波トランスデューサ２０及びロッド部材１０を含む振動体が所定の周波数範囲のいずれかの周波数で振動する。したがって、超音波トランスデューサ２０では、ボルト２１、先端側ブロック２２、基端側ブロック２３及び駆動ユニット３０が、圧電素子３１で発生した超音波振動によって、一緒に振動する。この際、振動体は、振動方向が長手軸Ｃに略平行な縦振動を行う。なお、ある実施例では、所定の周波数範囲は、４６ｋＨｚ以上４８ｋＨｚ以下であり、別のある実施例では、所定の周波数範囲は、４６．５ｋＨｚ以上４７．５ｋＨｚ以下である。

振動体が所定の周波数範囲のいずれかの周波数で振動する状態では、振動体の先端、すなわちロッド部材１０の先端に、振動腹の１つが発生する。そして、振動体の基端、すなわち超音波トランスデューサ２０の基端に振動腹の１つである振動腹Ａ１が発生する。振動腹Ａ１は、振動腹の中で最も基端側に位置する。また、本実施形態では、振動腹Ａ１から先端側に半波長離れた振動腹Ａ２が、先端側ブロック２２に発生する。また、本実施形態では、振動体が所定の周波数範囲のいずれかの周波数で振動する状態において、駆動ユニット３０に第１の振動節Ｎ１Ａが発生し、ボルト２１に第２の振動節Ｎ１Ｂが発生する。振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂのそれぞれは、振動腹Ａ１と振動腹Ａ２との間の振動節であり、振動腹Ａ１から先端側に４分の１波長離れて位置する。

なお、ある実施例では、駆動ユニット３０と先端側ブロック２２との間、及び、駆動ユニット３０と基端側ブロック２３との間のそれぞれに、電気的に絶縁材料から形成される絶縁リング（図示しない）が設けられる。そして、駆動ユニット３０の内周とボルト２１の外周との間に、電気的に絶縁材料から形成される絶縁チューブ（図示しない）が設けられる。これにより、駆動ユニット３０に供給された電気エネルギーの先端側ブロック２２、基端側ブロック２３及びボルト２１への供給が防止される。また、ある実施例では、駆動ユニット３０に供給される電気エネルギーとは異なる電気エネルギーが、エネルギー出力源１５から出力される。例えば、駆動ユニット３０に供給される電気エネルギーとは異なる電気エネルギーが、ロッド突出部１１及びジョー１２のそれぞれに供給される。これにより、ジョー１２とロッド突出部１１との間で把持される処置対象に高周波電流が流れる。

図２に示すように、基端側ブロック２３の内周には、ボルト２１の外周との間に隙間を有する非接触部４１が形成される。本実施形態では、非接触部４１は、基端側ブロック２３の先端から基端側に向かって延設され、第２の係合部である雌ネジ部２８の先端側に隣設される。ここで、雌ネジ部２８は、雄ネジ部２７においてボルト２１の外周に当接する。このため、非接触部４１での基端側ブロック２３の内径は、雌ネジ部２８での基端側ブロック２３の内径に比べて大きく、長手軸Ｃから非接触部４１までの径方向についての距離δ１は、長手軸Ｃから雌ネジ部２８までの径方向についての距離δ２に比べて、大きい。ある実施例では、非接触部４１での基端側ブロック２３の内径は、駆動ユニット３０の内径に比べて大きく、長手軸Ｃから非接触部４１までの径方向についての距離δ１は、長手軸Ｃから駆動ユニット３０の内周までの径方向についての距離δ３に比べて大きい距離δ１Ａとなる。なお、長手軸Ｃから駆動ユニット３０の内周までの径方向についての距離δ３は、長手軸Ｃから雌ネジ部２８までの径方向についての距離δ２に比べて、大きい。

次に、本実施形態の超音波トランスデューサ２０の製造方法、作用及び効果について説明する。超音波トランスデューサ２０の製造においては、まず、ボルト２１の外周に、圧電素子３１を含む駆動ユニット３０を取付ける。そして、ボルト２１の雄ネジ部（第１の係合部）２７に基端側ブロック２３の雌ネジ部（第２の係合部）２８を螺合し、基端側ブロック２３をボルト２１の外周に締結する。これにより、駆動ユニット３０が先端側ブロック２２と基端側ブロック２３との間で挟まれ、基端側ブロック２３から駆動ユニット３０に所定の押圧力が作用する。

前述のように超音波トランスデューサ２０を組立てると、エネルギー出力源１５から駆動ユニット３０に電気エネルギーを供給し、超音波振動によって超音波トランスデューサ２０を振動させる。この際、プロセッサ１６によって、前述のＰＬＬ制御が行われる。そして、超音波トランスデューサ２０が振動している状態において、前述した第１の振動節Ｎ１Ａ及び第２の振動節Ｎ１Ｂの相対位置を検出する。本実施形態では、駆動ユニット３０へ供給される電気エネルギーに関する出力電流及び出力電圧を検出し、出力電流と出力電圧との間の位相差Δθに基づいて振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を検出する。また、ある実施例では、位相差Δθに加えてエネルギー出力源１５からの出力における周波数ｆに基づいて、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を検出する。

ここで、ボルト２１及び圧電素子３１は、互いに対して剛性率等の材質（物性値）が異なる。また、超音波トランスデューサ２０を構成する部材ごとに、形状等が異なる。圧電素子３１で発生した超音波振動によって超音波トランスデューサ２０が振動している状態では、第１の振動節Ｎ１Ａが発生する外側振動系での振動及び第２の振動節Ｎ１Ｂが発生する内側振動系での振動は、ボルト２１、先端側ブロック２２、基端側ブロック２３及び圧電素子３１等の超音波トランスデューサ２０を構成する部材の剛性率等の材質、及び、これらの部材の形状の影響を受ける。すなわち、超音波トランスデューサ２０を構成する部材の物性及び形状等に基づく超音波トランスデューサ２０のそれぞれの部位の剛性は、外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動に影響を与える。したがって、超音波トランスデューサ２０を構成する部材の材質及び形状等の違いに起因して、駆動ユニット３０に発生する第１の振動節Ｎ１Ａ及びボルト２１に発生する第２の振動節Ｎ１Ｂが、長手軸Ｃに沿う方向について互いに対してずれる可能性がある。例えば、圧電素子３１がボルト２１比べて剛性率が高い材料から形成される場合等には、第１の振動節Ｎ１Ａに対して第２の振動節Ｎ１Ｂが先端側に位置することがある。一方、圧電素子３１がボルト２１比べて剛性率が低い材料から形成される場合等には、第１の振動節Ｎ１Ａに対して第２の振動節Ｎ１Ｂが基端側に位置することがある。なお、本実施形態では、外側振動系は、駆動ユニット３０及び基端側ブロック２３から形成され、内側振動系は、ボルト２１から形成される。

図３Ａは及び図３Ｂのそれぞれは、ＰＬＬ制御開始時からの駆動ユニット３０への出力電流と出力電圧との間の位相差Δθ、及び、出力における周波数ｆの経時的な変化の一例を示す図である。図３Ａは、第１の振動節Ｎ１Ａ及び第２の振動節Ｎ１Ｂが互いに対してずれていない状態を示し、図３Ｂは、第１の振動節Ｎ１Ａに対して第２の振動節Ｎ１Ｂが先端側に位置する状態を示す。また、図３Ａ及び図３Ｂのそれぞれでは、横軸に経過時間ｔを示し、縦軸に移動差Δθ及び周波数ｆを示す。そして、図３Ａ及び図３Ｂのそれぞれでは、位相差Δθの経時的な変化を実線で、周波数ｆの経時的な変化を破線で示す。

図３Ａに示すように、長手軸Ｃに沿う方向について振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂが互いに対してずれていない場合は、ＰＬＬ制御によって、位相差Δθは、ゼロ又はゼロの近傍で変化する。したがって、位相差Δθの絶対値は、所定の閾値θｔｈより小さい状態で、経時的に維持される。また、超音波トランスデューサ２０が振動を継続すると、振動による熱が発生する。熱が発生することにより、ＰＬＬ制御によって、周波数ｆは、経時的に緩やかに減少する。この際、所定の周波数範囲Δｆにおいて、周波数ｆが経時的に減少する。

また、第１の振動節Ｎ１Ａに対して第２の振動節Ｎ１Ｂが先端側に位置する図３Ｂ示す場合では、ＰＬＬ制御の開始直後においては、圧電素子３１を含む駆動ユニット３０の振動、すなわち外側振動系の振動の影響が大きく、ボルト２１の振動、すなわち内側振動系の振動の影響は小さい。このため、出力電流が出力電圧に対して遅れ、位相差Δθが負となる。この際も、周波数ｆは、ＰＬＬ制御によって、経時的に減少する。そして、振動によって熱が発生し、周波数ｆがある程度まで減少すると、ボルト（シャフト）２１の振動の影響が大きくなる。ボルト２１を含む内側振動系の振動系の影響が大きくなると、出力電流が出力電圧に対して進み、位相差Δθが正に反転する。また、ボルト２１の振動の影響が大きくなると、プロセッサ１６によるＰＬＬ制御の制御対象である駆動ユニット３０の振動は、駆動ユニット３０（外側振動系）とは振動状態が異なるボルト２１（内側振動系）の振動に基づいて、制御される。すなわち、ＰＬＬ制御が適切に行われない。このため、位相差Δθが正に反転した後は、位相差Δθは、負に変化しない。そして、ある程度の時間が経過すると、位相差Δθの絶対値は、所定の閾値θｔｈより大きくなり、例えば１０°より大きくなる。また、内側振動系の振動の影響が大きくなると、周波数ｆの減少率が大きくなり、周波数ｆが経時的に急激に減少する。また、ＰＬＬ制御が適切に行われないため、所定の周波数範囲Δｆの範囲外まで、周波数ｆが減少する場合もある。

第１の振動節Ｎ１Ａに対して第２の振動節Ｎ１Ｂが基端側に位置する場合は、ＰＬＬ制御を開始すると、例えば、位相差Δθが正から負に反転する。そして、位相差Δθが負に反転した後は、位相差Δθが正に変化することなく、位相差Δθの絶対値が所定の閾値θｔｈより大きくなる。また、第１の振動節Ｎ１Ａに対して第２の振動節Ｎ１Ｂが基端側に位置する場合は、所定の周波数範囲Δｆから所定の周波数範囲Δｆの範囲外に、周波数ｆが瞬間的に変化することもある。

位相差Δθ及び周波数ｆが前述のような変化の傾向を示すため、本実施形態では、位相差Δθ及び周波数ｆに基づいて、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を検出することが可能となる。例えばある実施例では、圧電素子３１への電気エネルギーの供給の開始より後において位相差Δθの正負が反転し、かつ、位相差Δθの正負が反転した後において位相差Δθの正負が変化することなく位相差Δθの絶対値が所定の閾値θｔｈより大きくなったことに基づいて、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂが互いに対してずれていると判断する。また、位相差Δθ及び周波数ｆが前述のような変化の傾向を示すため、本実施形態では、位相差Δθ及び周波数ｆに基づいて、第２の振動節Ｎ１Ｂは、第１の振動節Ｎ１Ａに対して先端側にずれているか、又は、第１の振動節Ｎ１Ａに対して基端側にずれているかを検出することが可能となる。

振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を検出すると、検出結果に基づいて、本実施形態では、非接触部４１での基端側ブロック２３の内径の大きさを調整し、長手軸Ｃから非接触部４１までの径方向についての距離δ１の大きさを調整する。距離δ１が変化することにより、非接触部４１が延設される範囲での基端側ブロック２３の長手軸Ｃに垂直な断面積が変化し、基端側ブロック２３の形状が変化する。基端側ブロック２３の形状の変化によって基端側ブロック２３の剛性（質量）が変化することにより、駆動ユニット３０を含む外側振動系での振動状態及びボルト２１を含む内側振動系での振動状態が、変化する。したがって、距離δ１は、外側振動系での振動及び内側振動系での振動に影響を与え、距離δ１を調整することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動状態が調整される。

また、外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動状態が変化すると、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置は、変化する。このため、距離δ１の調整によって基端側ブロック２３の形状及び剛性が調整されることにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整される。本実施形態では、駆動ユニット３０に発生する第１の振動節Ｎ１Ａ及びボルト２１に発生する第２の振動節Ｎ１Ｂの長手軸Ｃに沿う方向についての互いに対するずれが抑制される状態に、距離δ１が調整され、基端側ブロック２３の形状及び剛性が調整される。これにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整される。

図４は、長手軸Ｃから非接触部４１までの径方向についての距離δ１の調整により、第１の振動節Ｎ１Ａ及び第２の振動節Ｎ１Ｂの互いに対するずれを抑制する手法の一例を説明する図である。図４の一例では、距離δ１を調整する前の超音波トランスデューサ２０において、長手軸Ｃから非接触部４１までの径方向についての距離δ１は、長手軸Ｃから駆動ユニット３０の内周までの径方向についての距離δ３と略同一の大きさの距離δ１Ｂとなる。また、第２の振動節Ｎ１Ｂが第１の振動節Ｎ１Ａに対して先端側に位置する。図４の一例では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置の検出結果に基づいて、距離δ１を、距離δ１Ｂから距離δ１Ａまで増加させる。これにより、基端側ブロック２３の形状が変化し、基端側ブロック２３の剛性及び質量等が変化する。ここで、図４の一例では、基端側ブロック２３の剛性率等の材質を変化させることなく、距離δ１を増加させる。このため、距離δ１の調整によって、基端側ブロック２３の剛性が低下するとともに、基端側ブロック２３の質量が減少する。基端側ブロック２３の形状が変化することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が変化し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が変化する。そして、距離δ１が距離δ１Ａに調整された超音波トランスデューサ２０では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

前述のように本実施形態では、超音波トランスデューサ２０の製造時において距離δ１の調整によって基端側ブロック２３の形状を調整することにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。距離δ１を含む基端側ブロック２３の形状に起因して振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制されることにより、超音波処置具２の使用時等の超音波振動によって超音波トランスデューサ２０が振動している状態では、プロセッサ１６によってＰＬＬ制御が適切に行われ、駆動ユニット３０への出力電流と出力電圧との間の位相差Δθはゼロ又はゼロの近傍で維持される。また、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制されることにより、縦振動以外の不正振動（例えば横振動及びねじり振動等）が発生することも抑制される。これにより、超音波トランスデューサ２０での電気エネルギーの振動エネルギーへの変換においてロスが低減されるとともに、エネルギーのロスに起因する超音波トランスデューサ２０での発熱も低減される。

（変形例）
なお、図５に一例が示される第１の変形例では、非接触部４１の長手軸Ｃに沿う方向についての寸法Ｌ１の大きさを調整することにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を調整する。寸法Ｌ１が変化することにより、基端側ブロック２３の形状及び剛性（質量）が変化する。ここで、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態は、基端側ブロック２３の形状が変化することより、変化する。このため、寸法Ｌ１は、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動に影響を与え、寸法Ｌ１を調整することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整される。この際、駆動ユニット３０（外側振動系）に発生する第１の振動節Ｎ１Ａ及びボルト２１（内側振動系）に発生する第２の振動節Ｎ１Ｂの長手軸Ｃに沿う方向についての互いに対する相対的なずれが抑制される状態に、寸法Ｌ１が調整され、基端側ブロック２３の形状が調整される。したがって、本変形例では、寸法Ｌ１を含む基端側ブロック２３の形状に起因して、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

図５の一例では、寸法Ｌ１を調整する前の超音波トランスデューサ２０において、非接触部４１の長手軸Ｃに沿う方向についての寸法Ｌ１は、寸法Ｌ１Ｂとなる。また、第２の振動節Ｎ１Ｂが第１の振動節Ｎ１Ａに対して先端側に位置する。図５の一例では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置の検出結果に基づいて、寸法Ｌ１を、寸法Ｌ１Ｂから寸法Ｌ１Ａまで増加させる。これにより、基端側ブロック２３の形状が変化し、基端側ブロック２３の剛性及び質量等が変化する。図５の一例では、基端側ブロック２３の剛性率等の材質を変化させることなく、寸法Ｌ１を増加させる。このため、寸法Ｌ１の調整によって、基端側ブロック２３の剛性が低下するとともに、基端側ブロック２３の質量が減少する。基端側ブロック２３の形状が変化することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が変化し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が変化する。そして、寸法Ｌ１が寸法Ｌ１Ａに調整された超音波トランスデューサ２０では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

なお、ある変形例では、長手軸Ｃから非接触部４１までの径方向についての距離δ１、及び、非接触部４１の長手軸Ｃに沿う方向についての寸法Ｌ１の両方を調整することにより、基端側ブロック２３の形状が調整され、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整されてもよい。この場合も、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、距離δ１及び寸法Ｌ１が調整され、基端側ブロック２３の形状が調整される。

また、図６に一例が示される第２の変形例及び第３の変形例のそれぞれでは、締結部材である基端側ブロック２３は、第１の延設領域４２及び第２の延設領域４３を備える。第１の延設領域４２は、基端側ブロック２３の先端から基端側に向かって延設される。また、第２の延設領域４３は、第１の延設領域４２の基端側に隣設され、基端側ブロック２３の基端まで延設される。第１の延設領域４２の外周は、長手軸Ｃに略垂直な断面において、長手軸Ｃから距離Ｒ１の円形状に形成される。そして、第１の延設領域４２では、長手軸Ｃに略垂直な断面において、基端側ブロック２３の外周によって囲まれる範囲が第１の面積Ｓ１になる。一方、第２の延設領域４３の外周では、平面４５Ａ，４５Ｂが第２の延設領域４３の基端から先端まで延設される。本変形例では、平面４５Ａ，４５Ｂは、互いに対して略平行であり、平面４５Ａ，４５Ｂのそれぞれは、長手軸Ｃから距離Ｒ１より小さい距離Ｒ２離れて位置する。また、第２の延設領域４３の外周において平面４５Ａ，４５Ｂ以外の部位は、長手軸Ｃに略垂直な断面において、長手軸Ｃから距離Ｒ１の円弧状になる。したがって、第２の延設領域４３では、長手軸Ｃに略垂直な断面において、基端側ブロック２３の外周によって囲まれる範囲が、第１の面積Ｓ１より小さい第２の面積Ｓ２になる。

第２の変形例では、長手軸Ｃから平面４５Ａ，４５Ｂのそれぞれまでの距離Ｒ２を調整することにより、第２の延設領域４３での第２の面積Ｓ２を調整し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を調整する。距離Ｒ２が変化し、第２の面積Ｓ２が変化することにより、基端側ブロック２３の形状が変化する。前述のように、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態は、基端側ブロック２３の形状が変化することより、変化する。このため、距離Ｒ２及び第２の面積Ｓ２は、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動に影響を与え、第２の面積Ｓ２を調整することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整される。この際、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの長手軸Ｃに沿う方向についての互いに対するずれが抑制される状態に、距離Ｒ２及び第２の面積Ｓ２が調整され、基端側ブロック２３の形状が調整される。したがって、本変形例では、第２の面積Ｓ２を含む基端側ブロック２３の形状に起因して、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

図６の一例では、距離Ｒ２及び第２の面積Ｓ２を調整する前の超音波トランスデューサ２０において、長手軸Ｃから平面４５Ａ，４５Ｂのそれぞれまでの距離Ｒ２は、距離Ｒ２Ｂとなる。また、第２の振動節Ｎ１Ｂが第１の振動節Ｎ１Ａに対して先端側に位置する。図６の一例では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置の検出結果に基づいて、距離Ｒ２を、距離Ｒ２Ｂから距離Ｒ２Ａまで減少させ、第２の面積Ｓ２を減少させる。これにより、基端側ブロック２３の形状が変化し、基端側ブロック２３の剛性及び質量等が変化する。ここで、図６の一例では、基端側ブロック２３の剛性率等の材質を変化させることなく、距離Ｒ２及び第２の面積Ｓ２を減少させる。このため、距離Ｒ２及び第２の面積Ｓ２の調整によって、基端側ブロック２３の剛性が低下するとともに、基端側ブロック２３の質量が減少する。基端側ブロック２３の形状が変化することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が変化し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が変化する。そして、距離Ｒ２が距離Ｒ２Ａに調整された超音波トランスデューサ２０では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

また、ある変形例では、第２の延設領域４３の外周が、長手軸Ｃに略垂直な断面において、長手軸Ｃから距離Ｒ１より小さい距離Ｒ２の円形状に形成される。この場合も、第２の延設領域４３では、長手軸Ｃに略垂直な断面において、基端側ブロック２３の外周によって囲まれる範囲が第１の面積Ｓ１より小さい第２の面積Ｓ２になる。本変形例でも、第２の変形例と同様に、距離Ｒ２を調整することにより、第２の延設領域４３での第２の面積Ｓ２を調整し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を調整する。

第３の変形例では、第２の延設領域４３の長手軸Ｃに沿う方向についての寸法Ｌ２を調整することにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を調整する。寸法Ｌ２が変化することにより、基端側ブロック２３の形状が変化する。前述のように、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態は、基端側ブロック２３の形状が変化することより、変化する。このため、寸法Ｌ２は、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動に影響を与え、寸法Ｌ２を調整することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整される。この際、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの長手軸Ｃに沿う方向についての互いに対するずれが抑制される状態に、寸法Ｌ２が調整され、基端側ブロック２３の形状が調整される。したがって、本変形例では、寸法Ｌ２を含む基端側ブロック２３の形状に起因して、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

図６の一例では、寸法Ｌ２を調整する前の超音波トランスデューサ２０において、第２の延設領域４３の長手軸Ｃに沿う方向についての寸法Ｌ２は、寸法Ｌ２Ｂとなる。また、第２の振動節Ｎ１Ｂが第１の振動節Ｎ１Ａに対して先端側に位置する。図６の一例では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置の検出結果に基づいて、寸法Ｌ２を、寸法Ｌ２Ｂから寸法Ｌ２Ａまで増加させる。これにより、基端側ブロック２３の形状が変化し、基端側ブロック２３の剛性及び質量等が変化する。ここで、図６の一例では、基端側ブロック２３の剛性率等の材質を変化させることなく、寸法Ｌ２を増加させる。このため、寸法Ｌ２の調整によって、基端側ブロック２３の剛性が低下するとともに、基端側ブロック２３の質量が減少する。基端側ブロック２３の形状が変化することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が変化し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が変化する。そして、寸法Ｌ２が寸法Ｌ２Ａに調整された超音波トランスデューサ２０では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

なお、ある変形例では、第２の延設領域での第２の面積Ｓ２、及び、第２の延設領域４３の長手軸Ｃに沿う方向についての寸法Ｌ２の両方を調整することにより、基端側ブロック２３の形状が調整され、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整されてもよい。この場合も、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、第２の面積Ｓ２及び寸法Ｌ２が調整され、基端側ブロック２３の形状が調整される。

また、図７及び図８に一例が示される第４の変形例では、ボルト２１の外周は、雄ネジ部２７に加えて、非接触外周部（ボルト本体外周部）４６を備える。非接触外周部４６は、ボルト２１の先端側ブロック２２への接続位置から基端側へ向かって延設される。また、非接触外周部４６は、雄ネジ部２７の先端側に隣設される。非接触外周部４６は、基端側ブロック２３の内周及び駆動ユニット３０の内周と接触せず、非接触外周部４６と基端側ブロック２３の内周との間、及び、非接触外周部４６と駆動ユニット３０の内周との間には隙間が形成される。

本変形例では、非接触外周部４６でのボルト２１の外径を調整することにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を調整する。ここで、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態は、ボルト２１の形状の変化によってボルト２１の剛性（質量）が変化することより、変化する。このため、ボルト２１の外径は、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動に影響を与え、ボルト２１の外径を調整することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整される。

また、前述のように外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動状態が変化すると、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置は、変化する。このため、ボルト２１の外径の調整によってボルト２１の形状及び剛性が調整されることにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整される。なお、本変形例でも、駆動ユニット３０（外側振動系）に発生する第１の振動節Ｎ１Ａ及びボルト２１（内側振動系）に発生する第２の振動節Ｎ１Ｂの長手軸Ｃに沿う方向についての互いに対するずれが抑制される状態に、ボルト２１の外径が調整され、ボルト２１の形状が調整される。これにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動状態が調整される。したがって、本変形例では、ボルト２１の外径を含むボルト２１の形状に起因して、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

図７の一例では、ボルト２１の外径を調整する前の超音波トランスデューサ２０において、非接触外周部４６でのボルト２１の外径Ｄ１が、外径Ｄ１Ａとなる。外径Ｄ１Ａは、雄ネジ部２７でのボルト２１の外径Ｄ２と略同一の大きさとなる。また、第２の振動節Ｎ１Ｂが第１の振動節Ｎ１Ａに対して先端側に位置する。図７の一例では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置の検出結果に基づいて、外径Ｄ１を、外径Ｄ１Ａから外径Ｄ１Ｂまで増加させる。これにより、ボルト２１の形状が変化し、ボルト２１の剛性及び質量等が変化する。ここで、図７の一例では、ボルト２１の剛性率等の材質を変化させることなく、外径Ｄ１を増加させる。このため、外径Ｄ１の調整によって、ボルト２１の剛性が上昇するとともに、ボルト２１の質量が増加する。ボルト２１の形状が変化することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が変化し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が変化する。そして、ボルト２１の外径が調整された超音波トランスデューサ２０では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

図８の一例でも図７の一例と同様に、ボルト２１の外径を調整する前の超音波トランスデューサ２０において、非接触外周部４６でのボルト２１の外径Ｄ１が、外径Ｄ１Ａとなる。ただし、図８の一例では図７の一例とは異なり、第２の振動節Ｎ１Ｂが第１の振動節Ｎ１Ａに対して基端側に位置する。図８の一例では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置の検出結果に基づいて、外径Ｄ１を、外径Ｄ１Ａから外径Ｄ１Ｃまで減少させる。これにより、ボルト２１の形状が変化し、ボルト２１の剛性及び質量等が変化する。ここで、図８の一例では、ボルト２１の剛性率等の材質を変化させることなく、外径Ｄ１を減少させる。このため、外径Ｄ１の調整によって、ボルト２１の剛性が低下するとともに、ボルト２１の質量が減少する。ボルト２１の形状が変化することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が変化し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が変化する。そして、ボルト２１の外径が調整された超音波トランスデューサ２０では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

また、図９に示す第５の変形例では、ボルト２１の非接触外周部４６に、基端側に向かって外径が徐々に減少するテーパ部４８が設けられる。本変形例では、テーパ部４８によって、ボルト２１の形状及び剛性等が調整され、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。したがって、本変形例でも、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、ボルト２１の外径が調整され、ボルト２１の形状が調整される。なお、ある変形例では、非接触外周部４６に、基端側に向かって外径が徐々に増加するテーパ部（図示しない）を設け、テーパ部によって、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、ボルト２１の形状が調整されてもよい。

また、図１０に示す第６の変形例では、ボルト２１の非接触外周部４６に、テーパ部５１，５２が設けられる。テーパ部５１では、基端側に向かって外径が徐々に増加し、テーパ部５２では、基端側に向かって外径が徐々に減少する。また、テーパ部５２は、テーパ部５１の基端側に連続する。本変形例では、テーパ部５１，５２の境界に第２の振動節Ｎ１Ｂが位置する状態に、ボルト２１の外径が調整され、ボルト２１の形状が調整される。テーパ部５１，５２の境界に第２の振動節Ｎ１Ｂが位置する状態にボルト２１の形状が調整されることにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。したがって、本変形例でも、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、ボルト２１の外径が調整され、ボルト２１の形状が調整される。

また、図１１に示す第７変形例では、非接触外周部４６に、テーパ部５５，５６が設けられる。テーパ部５５では、基端側に向かって外径が徐々に減少し、テーパ部５６では、基端側に向かって外径が徐々に増加する。また、テーパ部５６は、テーパ部５５の基端側に連続する。本変形例では、テーパ部５５，５６の境界に第２の振動節Ｎ１Ｂが位置する状態に、ボルト２１の外径が調整され、ボルト２１の形状が調整される。テーパ部５５，５６の境界に第２の振動節Ｎ１Ｂが位置する状態にボルト２１の形状が調整されることにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。したがって、本変形例でも、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、ボルト２１の外径が調整され、ボルト２１の形状が調整される。

なお、ある変形例では、雄ネジ部２７でのボルト２１の外径を調整することにより、ボルト２１の形状を調整し、ボルト２１の剛性及び質量等を調整してもよい。また、別のある変形例では、雄ネジ部２７でのネジピッチを調整することにより、ボルト２１の形状を調整し、ボルト２１の剛性及び質量等を調整してもよい。これらの変形例のそれぞれでも、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、ボルト２１の形状が調整される。

また、ある変形例では、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３の少なくとも一方の材質を調整することにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置を調整する。ここで、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態は、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかにおいて剛性率及び密度等の材質が変化し、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかにおいて剛性（質量）が変化することより、変化する。このため、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のそれぞれの材質は、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動に影響を与え、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかの材質を調整することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整される。

また、前述のように外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動状態が変化すると、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置は、変化する。このため、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかの材質の調整によって先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかの剛性及び質量等が調整されることにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整される。なお、本変形例でも、駆動ユニット３０に発生する第１の振動節Ｎ１Ａ及びボルト２１に発生する第２の振動節Ｎ１Ｂの長手軸Ｃに沿う方向についての互いに対するずれが抑制される状態に、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかの材質が調整される。これにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動状態が調整される。したがって、本変形例では、先端側ブロック２２の材質及び基端側ブロック２３の材質の少なくとも一方に起因して、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

ある一例では、ボルト２１の外径を調整する前の超音波トランスデューサ２０において、第２の振動節Ｎ１Ｂが第１の振動節Ｎ１Ａに対して先端側に位置する。この場合、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置の検出結果に基づいて、基端側ブロック２３の材質を調整し、基端側ブロック２３の剛性率を減少させる。この場合、基端側ブロック２３の形状を変化させることなく、基端側ブロック２３の剛性率を減少させる。このため、材質の調整によって、基端側ブロック２３の剛性が低下し、基端側ブロック２３の質量が減少する。また、基端側ブロック２３の材質を調整する代わりに、先端側ブロック２２の材質を調整し、先端側ブロック２２の剛性率を増加させてもよい。この場合、先端側ブロック２２の形状を変化させることなく、先端側ブロック２２の剛性率を増加させる。このため、材質の調整によって、先端側ブロック２２の剛性が上昇し、先端側ブロック２２の質量が増加する。前述のように先端側ブロック２２又は基端側ブロック２３の材質が変化することにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれの振動状態が変化し、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が変化する。そして、基端側ブロック２３又は先端側ブロック２２の材質が調整された超音波トランスデューサ２０では、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される。

また、前述の実施形態等のいくつかを組み合わせることにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整されてもよい。例えば、ある変形例では、基端側ブロック２３の形状及びボルト２１の形状の両方を調整することにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整される。また、別のある変形例では、基端側ブロック２３の形状及び基端側ブロック２３の材質の両方を調整することにより、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整される。

また、図１２に示す第８の変形例では、ボルト２１は、基端側ブロック２３と一体に形成される。この場合、ボルト２１の外周の先端部に第１の係合部として雄ネジ部６１が形成される。また、先端側ブロック２２の基端部には、第１の係合部に係合可能な第２の係合部として雌ネジ部６２が形成される。本変形例では、雄ネジ部６１に雌ネジ部６２が係合する、すなわち螺合することにより、ボルト２１の外周に先端側ブロック２２が締結される。したがって、本変形例では、先端側ブロック２２が、ボルト２１の外周に締結される締結部材となる。本変形例では、先端側ブロック２２に、ボルト２１の外周との間に隙間を有する非接触部６３ が形成される。非接触部６３は、先端側ブロック２２の基端から先端側に向かって延設され、第２の係合部である雌ネジ部６２の基端側に隣設される。また、本変形例では、雌ネジ部６２及び非接触部６３によって、先端側ブロック２２の基端から先端側に向かって凹む凹形状が形成される。

本変形例でも、圧電素子３１で発生した超音波振動によって超音波トランスデューサ２０が振動している状態において、駆動ユニット３０に第１の振動節Ｎ１Ａが発生し、ボルト２１に第２の振動節Ｎ１Ｂが発生する。本変形例では、外側振動系は、駆動ユニット３０及び先端側ブロック２２の一部から形成され、内側振動系は、ボルト２１から形成される。

本変形例では、例えば長手軸Ｃから非接触部６３までの距離を調整することにより、先端側ブロック２２の形状及び剛性を調整し、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態を調整する。本変形例でも、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの互いに対するずれが抑制される状態に、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整される。また、本変形例でも、先端側ブロック２２の形状の調整の代わりに、又は、先端側ブロック２２の形状の調整に加えて、ボルト２１の形状が調整されてもよい。ボルト２１の形状が調整されることにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整され、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整される。さらに、本変形例でも、先端側ブロック２２の形状の調整の代わりに、又は、先端側ブロック２２の形状の調整に加えて、先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかの材質が調整されてもよい。先端側ブロック２２及び基端側ブロック２３のいずれかの材質が調整されることにより、外側振動系及び内側振動系のそれぞれでの振動状態が調整され、振動節Ｎ１Ａ，Ｎ１Ｂの相対位置が調整される。

前述の実施形態等では、超音波トランスデューサ（２０）は、基端から先端まで長手軸（Ｃ）に沿って延設されるボルト（２１）と、ボルト（２１）の先端部が接続される先端側ブロック（２２）と、ボルト（２１）の基端部が接続される基端側ブロック（２３）と、を備える。超音波トランスデューサ（２０）は、長手軸（Ｃ）に沿う方向について先端側ブロック（２２）と基端側ブロック（２３）との間で挟まれる状態でボルト（２１）の外周に取付けられる駆動ユニット（３０）を備え、駆動ユニット（３０）は、電気エネルギーが供給されることにより超音波振動を発生する圧電素子（３１）を備える。超音波トランスデューサ（２０）は、圧電素子（３１）で発生した超音波振動を伝達することにより、駆動ユニット（３０）に発生する第１の振動節（Ｎ１Ａ）及びボルト（２１）に発生する第２の振動節（Ｎ１Ｂ）の長手軸（Ｃ）に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される状態で、振動する。

以上、本発明の実施形態等について説明したが、本発明は前述の実施形態等に限るものではなく、発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形ができることは、もちろんである。

Claims (12)

1. 基端及び先端を有し、基端から先端まで長手軸に沿って延設されるボルトと、
   前記ボルトの先端部が接続される先端側ブロックと、
   前記ボルトの基端部が接続される基端側ブロックと、
   電気エネルギーが供給されることにより超音波振動を発生する圧電素子を備えるとともに、前記長手軸に沿う方向について前記先端側ブロックと前記基端側ブロックとの間で挟まれる状態で前記ボルトの外周に取付けられる駆動ユニットであって、前記圧電素子で発生した前記超音波振動を伝達することにより、前記駆動ユニットに発生する第１の振動節及び前記ボルトに発生する第２の振動節の前記長手軸に沿う前記方向についての互いに対するずれが抑制される状態で、前記ボルト、前記先端側ブロック及び前記基端側ブロックと一緒に振動する駆動ユニットと、
   を具備する超音波トランスデューサ。
2. 前記先端側ブロック及び前記基端側ブロックの形状は、前記第１の振動節が発生する外側振動系での振動及び前記第２の振動節が発生する内側振動系での振動に影響を与え、
   前記超音波トランスデューサが振動する状態では、前記先端側ブロックの前記形状及び前記基端側ブロックの前記形状の少なくとも一方に起因して、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される、
   請求項１の超音波トランスデューサ。
3. 前記ボルトは、前記外周に第１の係合部を備え、
   前記先端側ブロック及び前記基端側ブロックの一方は、前記第１の係合部と係合する第２の係合部を備えるとともに、前記第２の係合部が前記第１の係合部に係合することにより、前記ボルトの前記外周に締結される締結部材であり、
   前記締結部材の形状は、前記外側振動系での前記振動及び前記内側振動系での前記振動に影響を与え、
   前記超音波トランスデューサが振動する状態では、前記締結部材の前記形状に起因して、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される、
   請求項２の超音波トランスデューサ。
4. 前記締結部材は、前記第２の係合部とは異なる部位に設けられ、前記ボルトの前記外周との間に隙間を有する非接触部を備え、
   前記長手軸から前記非接触部までの径方向についての距離及び前記非接触部の前記長手軸に沿う前記方向についての寸法は、前記外側振動系での前記振動及び前記内側振動系での前記振動に影響を与え、
   前記超音波トランスデューサが振動する状態では、前記非接触部までの前記距離及び前記非接触部の前記寸法の少なくとも一方に起因して、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される、
   請求項３の超音波トランスデューサ。
5. 前記締結部材は、前記長手軸に垂直な断面において外周によって囲まれる範囲が第１の面積になる第１の延設領域と、前記長手軸に沿う前記方向について前記第１の延設領域とは異なる部位に延設され、前記長手軸に垂直な前記断面において前記外周によって囲まれる範囲が前記第１の面積より小さい第２の面積になる第２の延設領域と、を備え、
   前記第２の延設領域での前記第２の面積及び前記第２の延設領域の前記長手軸に沿う前記方向についての寸法は、前記外側振動系での前記振動及び前記内側振動系での前記振動に影響を与え、
   前記超音波トランスデューサが振動する状態では、前記第２の延設領域での前記第２の面積及び前記第２の延設領域の前記寸法の少なくとも一方に起因して、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される、
   請求項３の超音波トランスデューサ。
6. 前記ボルトの形状は、前記第１の振動節が発生する外側振動系での振動及び前記第２の振動節が発生する内側振動系での振動に影響を与え、
   前記超音波トランスデューサが振動する状態では、前記ボルトの前記形状に起因して、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される、
   請求項１の超音波トランスデューサ。
7. 前記ボルトの外径は、前記外側振動系での前記振動及び前記内側振動系での前記振動に影響を与え、
   前記超音波トランスデューサが振動する状態では、前記ボルトの前記外径に起因して、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される、
   請求項６の超音波トランスデューサ。
8. 前記先端側ブロック及び前記基端側ブロックの材質は、前記第１の振動節が発生する外側振動系での振動及び前記第２の振動節が発生する内側振動系での振動に影響を与え、
   前記超音波トランスデューサが振動する状態では、前記先端側ブロックの前記材質及び前記基端側ブロックの前記材質の少なくとも一方に起因して、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う方向についての互いに対するずれが抑制される、
   請求項１の超音波トランスデューサ。
9. 基端から先端まで長手軸に沿って延設されるボルトの外周に、圧電素子を備える駆動ユニットを取付けることと、
   前記長手軸に沿う方向について前記ボルトの先端部が接続される先端側ブロックと前記ボルトの基端部が接続される基端側ブロックとの間で、前記駆動ユニットを挟むことと、
   前記圧電素子への電気エネルギーの供給によって前記圧電素子で超音波振動を発生させ、発生した前記超音波振動によって前記ボルト、前記先端側ブロック、前記基端側ブロック及び前記駆動ユニットを一緒に振動させることと、
   前記ボルト、前記先端側ブロック、前記基端側ブロック及び前記駆動ユニットが一緒に振動している状態において、前記駆動ユニットに発生する第１の振動節及び前記ボルトに発生する第２の振動節の前記長手軸に沿う前記方向についての相対位置を検出することと、
   前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記相対位置の検出結果に基づいて、前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記長手軸に沿う前記方向についての互いに対するずれが抑制される状態に、前記第１の振動節が発生する外側振動系での振動状態及び前記第２の振動節が発生する内側振動系での振動状態を調整することと、
   を具備する超音波トランスデューサの製造方法。
10. 前記外側振動系及び前記内側振動系のそれぞれでの前記振動状態を調整することは、
    前記先端側ブロック、前記基端側ブロック及び前記ボルトの少なくとも一つの形状を調整すること、及び
    前記先端側ブロック及び前記基端側ブロックの少なくとも一方の材質を調整すること、
    の少なくとも一方を備える、請求項９の製造方法。
11. 前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記相対位置を検出することは、前記圧電素子に供給される前記電気エネルギーに関する出力電流及び出力電圧を検出し、前記出力電流と前記出力電圧との間の位相差に基づいて前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記相対位置を検出することを備える、請求項９の製造方法。
12. 前記出力電流と前記出力電圧との間の前記位相差に基づいて前記第１の振動節及び前記第２の振動節の前記相対位置を検出することは、前記圧電素子への前記電気エネルギーの供給の開始より後において前記位相差の正負が反転し、かつ、前記位相差の前記正負が反転した後において前記位相差の前記正負が変化することなく前記位相差の絶対値が所定の閾値より大きくなったことに基づいて、前記第１の振動節及び前記第２の振動節が前記長手軸に沿う前記方向について互いに対してずれていると判断することを備える、請求項１１の製造方法。

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