JPWO2013157432A1

JPWO2013157432A1 - 超音波発生装置の製造方法及び超音波発生装置の組立てシステム

Info

Publication number: JPWO2013157432A1
Application number: JP2013555668A
Authority: JP
Inventors: 庸高銅
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2015-12-21
Anticipated expiration: 2033-04-08
Also published as: EP2840806B1; EP2840806A4; CN103999483A; CN103999483B; JP5507020B2; EP2840806A1; US9172027B2; WO2013157432A1; US20150026939A1

Abstract

超音波発生装置の製造方法は、ボルト状部材の第１の端が自由端となり、第２の端が固定された状態で、装着ユニットに第１の軸方向へ圧縮力を印加することにより、収縮した前記装着ユニットの第１の弾性力により前記ボルト状部材を伸長させることを備える。前記製造方法は、伸長した前記ボルト状部材の第２の弾性力が前記第１の弾性力と釣合う釣合い状態において、前記ボルト状部材の棒状部に締付け部材を取付け、前記釣合い状態を保持することを備える。

Description

本発明は、電流が供給されることにより超音波振動を発生する超音波発生装置の製造方法及びその超音波発生装置の組立てシステムに関する。

特許文献１には、電流が供給されることにより超音波振動を発生する超音波発生装置が開示されている。この超音波発生装置は、頭部と、頭部より外径が小さい棒状部と、を備えるボルトを備える。ボルトの棒状部には、電流を超音波振動に変換する圧電素子を備える装着ユニットが取付けられている。装着ユニットは、ボルトの頭部と締付け部材であるナットとの間で締付けられ、収縮している。装着ユニットを収縮させることにより、圧電素子が収縮され、圧電素子で電流から超音波振動への変換が適切に行われる。

前述の構成の超音波発生装置の製造では、圧電素子を備える装着ユニット収縮させることが必要となる。一般的な製造方法では、ナットによって装着ユニットを締付けることにより、ナットから装着ユニット（圧電素子）に圧縮力を印加し、装着ユニットを収縮させている。また、特許文献１の製造方法では、ナットとは別体の力印加ユニットにより装着ユニット（圧電素子）に圧縮力を印加し、装着ユニットを収縮させている。そして、装着ユニットが所定の収縮状態まで収縮すると、ナットをボルトの棒状部に取付け、ボルトの頭部とナットとの間で装着ユニットを締付ける。これにより、装着ユニットが所定の収縮状態が保持される。ここで、力印加ユニットから装着ユニットに圧縮力が印加される状態では、長手軸に平行な方向についてボルトの両端は固定され、固定端となっている。

特開昭６４−３６２００号公報

超音波発生装置の製造において、ナットの締付けによって装着ユニット（圧電素子）を収縮する場合、ナットの締付けトルクのバラツキ、ボルトの特性のバラツキ、ナットの特性のバラツキにより圧電素子を含む装着ユニットの収縮状態が変化する。このため、同一設計の超音波発生装置を作製したとしても、発生する超音波振動の振動特性が個体ごとに変化してしまう。

前記特許文献１の超音波発生装置では、力印加ユニットによって所定の収縮状態まで装着ユニットを収縮し、ナットによって装着ユニットを締付けることにより所定の収縮状態を保持している。しかし、この超音波発生装置の製造において、力印加ユニットから装着ユニットに圧縮力が印加される状態では、長手軸に平行な方向についてボルトの両端は固定され、固定端となっている。このため、力印加ユニットから装着ユニットに圧縮力が印加される状態では、収縮した装着ユニットの弾性力によってボルトは伸長しない。一方、製造後の超音波発生装置では、長手軸に平行な方向についてボルトの両端は固定されず、自由端となる。このため、所定の収縮状態まで収縮した装着ユニットの弾性力によって、ボルトが伸長する。ボルトが伸長することにより、発生する超音波振動の振動特性が変化してしまう。

本発明は前記課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、超音波振動装置の振動特性のバラツキを有効に抑制する超音波発生装置の製造方法及び超音波発生装置の組立てシステムを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のある態様の超音波発生装置の製造方法は、頭部が長手軸に平行な方向である第１の軸方向側の第１の端を形成し、前記頭部より外径が小さい棒状部が前記第１の軸方向とは反対方向である第２の軸方向側の第２の端を形成するボルト状部材において、電流を超音波振動に変換する圧電素子を含む装着ユニットを前記第２の軸方向側から前記棒状部に取付けることと、自由端となる前記第１の端の前記第１の軸方向への移動によって前記ボルト状部材が伸長可能な状態で、ジグのボルト固定部により、前記装着ユニットが取付けられた前記ボルト状部材の前記第２の端を固定端として固定することと、前記ボルト状部材の前記第２の端が固定された状態で力印加ユニットによって前記装着ユニットに前記第１の軸方向へ圧縮力を印加することにより、前記装着ユニットを収縮させ、収縮した前記装着ユニットの第１の弾性力により前記ボルト状部材を伸長させることと、伸長した前記ボルト状部材の第２の弾性力が前記装着ユニットの前記第１の弾性力と釣合う釣合い状態において前記ボルト状部材の前記棒状部に締付け部材を取付け、前記締付け部材と前記ボルト状部材の前記頭部との間で前記装着ユニットを締付けることにより、前記釣合い状態を保持することと、を備える。

本発明の別のある態様の超音波発生装置の組立てシステムは、長手軸に平行な方向である第１の軸方向側の第１の端を形成する頭部と、前記頭部より外径が小さく、前記第１の軸方向とは反対方向である第２の軸方向側の第２の端を形成する棒状部と、を備えるボルト状部材と、電流を超音波振動に変換する圧電素子を備え、前記第２の軸方向側から前記ボルト状部材の前記棒状部に取付けられる装着ユニットと、自由端となる前記第１の端の前記第１の軸方向への移動によって前記ボルト状部材が伸長可能な状態で、前記装着ユニットが取付けられた前記ボルト状部材の前記第２の端を固定端として固定するボルト状部材固定部を備えるジグと、前記ボルト状部材の前記第２の端が固定された状態で前記装着ユニットに前記第１の軸方向へ圧縮力を印加することにより、前記装着ユニットを収縮させ、収縮した前記圧電素子の第１の弾性力により前記ボルト状部材を伸長させる力印加ユニットと、伸長した前記ボルト状部材の第２の弾性力が前記装着ユニットの前記第１の弾性力と釣合う釣合い状態において前記ボルト状部材の前記棒状部に取付けられ、前記ボルト状部材の前記頭部との間で前記装着ユニットを締付けることにより、前記釣合い状態を保持する締付け部材と、を備える。

本発明によれば、超音波振動装置の振動特性のバラツキを有効に抑制する超音波発生装置の製造方法及び超音波発生装置の組立てシステムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る超音波処置装置を示す概略図。第１の実施形態に係る振動発生ユニットの構成を概略的に示す断面図。第１の実施形態に係る振動発生装置の構成を概略的に示す斜視図。第１の実施形態に係る振動発生装置の構成を概略的に示す断面図。第１の実施形態に係る超音波発生装置の製造方法を示すフローチャート。第１の実施形態に係る超音波発生装置の製造時に用いられる超音波発生装置の組立てシステムを示す概略図。第１の実施形態に係る超音波発生装置の製造において、ボルト状部材の第２の端がジグの雄ネジ部によって固定される前の状態を示す概略図。第１の実施形態に係る超音波発生装置の製造において、ボルト状部材の第２の端がジグの雄ネジ部によって固定された状態を示す概略図。第１の実施形態に係る超音波発生装置の製造において、図８から装着ユニットに圧縮力が印加された状態を示す概略図。第１の実施形態に係る超音波発生装置の製造おいて、ナットをボルト状部材の棒状部を取付けた状態を示す概略図。第１の実施形態に係る超音波発生装置の製造において、図１０から力印加ユニットによる装着ユニットへの圧縮力の印加を停止した状態を示す概略図。第１の変形例に係る超音波発生装置の組立てシステムを示す概略図。第２の変形例に係るボルト状部材及びジグのジグ棒状部を概略的に示す斜視図。第３の変形例に係る超音波発生装置の構成を概略的に示す斜視図。

（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６を参照して説明する。図１は、本実施形態の超音波処置装置１を示す図である。ここで、超音波処置装置１は、後述する超音波発生装置１０が用いられる一例である。図１に示すように、超音波処置装置１は、長手軸Ｃを有する。ここで、長手軸Ｃに平行な２方向の一方を先端方向（図１の矢印Ｃ１の方向）とし、先端方向と反対方向を基端方向（図１の矢印Ｃ２の方向）とする。超音波処置装置１は、振動発生ユニット２と、基端から先端まで長手軸Ｃに沿って延設される超音波プローブ３とを備える。

振動発生ユニット２は、振動子ケース１１を備える。振動子ケース１１の基端には、ケーブル５の一端が接続されている。ケーブル５の他端は、電源ユニット６に接続されている。電源ユニット６は、超音波発生電流供給部７と、入力部９とを備える。また、超音波プローブ３の先端部には、先端処置部８が設けられている。

図２は、振動発生ユニット２の構成を示す図である。図２に示すように、振動子ケース１１の内部には、超音波発生装置１０が設けられている。超音波発生装置１０には、電気配線１３Ａ，１３Ｂの一端が接続されている。電気配線１３Ａ，１３Ｂは、ケーブル５の内部を通って、他端が電源ユニット６の超音波発生電流供給部７に接続されている。超音波発生電流供給部７から電気配線１３Ａ，１３Ｂを介して超音波発生装置１０に電流を供給することにより、超音波発生装置１０で超音波振動が発生する。超音波発生装置１０の先端方向側には、超音波振動の振幅を拡大するホーン１５が連結されている。ホーン１５は、振動子ケース１１に取付けられている。また、ホーン１５の先端部には、雌ネジ部１７が形成されている。

また、超音波プローブ３の基端部には、雄ネジ部１９が形成されている。雄ネジ部１９がホーン１５の雌ネジ部１７と螺合することにより、超音波プローブ３が振動発生ユニット２に取付けられる。超音波プローブ３が振動発生ユニット２に取付けられることにより、超音波発生装置１０で発生した超音波振動が超音波プローブ３に伝達される。超音波プローブ３の先端処置部８に超音波振動が伝達されることにより、先端処置部８は超音波振動を用いて生体組織等の処置対象の処置を行う。なお、超音波振動は、振動方向及び伝達方向が長手軸Ｃに対して平行な縦振動である。

図３及び図４は、超音波発生装置１０の構成を示す図である。図３及び図４に示すように、超音波発生装置１０は、後述する装着ユニット３０を保持する保持部材としてのボルト状部材２１を備える。ボルト状部材２１は、装着ユニット３０が挿入され、長手軸Ｃと平行に延びる軸部としての棒状部２３と、棒状部２３の一方の端部に設けられ、棒状部２３に挿入された装着ユニット３０の移動を規制する規制部としての頭部２２と、を備える。なお、棒状部２３の外径は、頭部２２の外径より小さくなっている。また、ボルト状部材２１の長手軸方向は、長手軸Ｃと一致している。

ここで、超音波発生装置１０においては、長手軸Ｃに平行な方向の一方を第１の軸方向（図３及び図４の矢印Ａ１の方向）とし、第１の軸方向とは反対方向を第２の軸方向（図３及び図４の矢印Ａ２の方向）とする。
ボルト状部材２１では、頭部２２により第１の軸方向側の第１の端Ｅ１が形成され、棒状部２３により第２の軸方向側の第２の端Ｅ２が形成されている。

棒状部２３では、第２の軸方向側の端部の外周部に雄ネジ部２５が形成されている。また、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２には、第１の軸方向に向かって凹む凹部２６が設けられている。凹部２６には、雌ネジ部２８が形成されている。

ボルト状部材２１の棒状部２３には、装着ユニット３０が取付けられている。装着ユニット３０は、（本実施形態では３つの）リング状の圧電素子２９Ａ〜２９Ｃを備える。圧電素子２９Ａ〜２９Ｃは、セラミック等から形成されている。また、装着ユニット３０は、第１の電極３１及び第２の電極３２を備える。

第１の電極３１は、圧電素子２９Ａの第１の軸方向側に位置する電極リング部３３Ａと、圧電素子２９Ｂと圧電素子２９Ｃとの間に位置する電極リング部３３Ｂと、を備える。また、第１の電極３１は、電極リング部３３Ａと電極リング部３３Ｂとの間で連続する電極帯状部３５Ａと、一端が電極リング部３３Ｂに連続する電極帯状部３５Ｂと、を備える。電気配線１３Ａの一端は、第１の電極３１の電極帯状部３５Ｂに接続されている。

第２の電極３２は、圧電素子２９Ａと圧電素子２９Ｂとの間に位置する電極リング部３７Ａと、圧電素子２９Ｃの第２の軸方向側に位置する電極リング部３７Ｂと、を備える。また、第２の電極３２は、電極リング部３７Ａと電極リング部３７Ｂとの間で連続する電極帯状部３９Ａと、一端が電極リング部３７Ｂに連続する電極帯状部３９Ｂと、を備える。電気配線１３Ｂの一端は、第２の電極３２の電極帯状部３９Ｂに接続されている。

このような構成にすることにより、電源ユニット６の超音波発生電流供給部７から第１の電極３１及び第２の電極３２に電流（交流電流）が供給される。第１の電極３１及び第２の電極３２に電流が供給されることにより、圧電素子２９Ａ〜２９Ｃが電流を超音波振動に変換し、超音波振動が発生する。

装着ユニット３０は、絶縁リング４１Ａ，４１Ｂを備える。絶縁リング４１Ａは、第１の電極３１の電極リング部３３Ａの第１の軸方向側に位置している。絶縁リング４１Ｂは、第２の電極３２の電極リング部３７Ｂの第２の軸方向側に位置している。絶縁リング４１Ａを設けることにより、超音波発生電流供給部７から供給された電流が絶縁リング４１Ａより第１の軸方向側に伝達されない状態となる。また、絶縁リング４１Ｂを設けることにより、超音波発生電流供給部７から供給された電流が絶縁リング４１Ｂより第２の軸方向側に伝達されない状態となる。また、装着ユニット３０は、絶縁リング４１Ｂの第２の軸方向側に設けられる座金４２を備える。

また、ボルト状部材２１の棒状部２３には、装着ユニット３０とは別に締付け部材であるナット４３が取付けられている。ナット４３は、装着ユニット３０（座金４２）の第２の軸方向側に位置している。ナット４３には、雌ネジ部４５が設けられている。雌ネジ部４５が棒状部２３の雄ネジ部２５と螺合することにより、ナット４３が棒状部２３に取付けられる。ナット４３を設けることにより、装着ユニット３０（圧電素子２９Ａ〜２９Ｃ、第１の電極３１、第２の電極３２、絶縁リング４１Ａ，４１Ｂ及び座金４２）が、ナット４３とボルト状部材２１の頭部２２との間で締付けられる。したがって、装着ユニット３０が、ナット４３とボルト状部材２１の頭部２２との間に固定される。また、座金４２の外径Ｄ１は、ナット４３の外径Ｄ２より大きくなっている。

次に、超音波発生装置１０の製造方法について説明する。図５は、超音波発生装置１０の製造方法を示す図である。図６は、超音波発生装置１０の製造時に用いられる超音波発生装置１０の組立てシステム５０を示す図である。図６に示すように、組立てシステム５０は、超音波発生装置１０を構成する前述のボルト状部材２１、装着ユニット３０及びナット４３を備える。

また、組立てシステム５０はジグ５１を備える。ジグ５１は、台座部５５と、脚部５７Ａ，５７Ｂと、を備える。脚部５７Ａ，５７Ｂにより、ジグ５１が地面に設置される。ジグ５１には、台座部５５から鉛直下方向に向かって突出するジグ棒状部５２が設けられている。ジグ棒状部５２の鉛直下方向側の端部には、雄ネジ部５３が形成されている。また、台座部５５には、鉛直上下方向に台座部５５を貫通する孔状部５９Ａ，５９Ｂが設けられている。

組立てシステム５０は、力印加ユニット６０を備える。力印加ユニット６０は、ジグ５１の台座部５５の鉛直上方向側に位置する操作レバー６１を備える。操作レバー６１は、板状部６２に接続されている。板状部６２からは、リンク部６５Ａ，６５Ｂが鉛直下方向に向かって延設されている。リンク部６５Ａは、孔状部５９Ａを通って、台座部５５より鉛直下方向側まで延設されている。同様に、リンク部６５Ｂは、孔状部５９Ｂを通って、台座部５５より鉛直下方向側まで延設されている。

リンク部６５Ａ，６５Ｂは、台座部５５の鉛直下方向側に位置する板状の押圧部６３に接続されている。押圧部６３には、押圧部６３を鉛直上下方向に貫通する孔状部６７が設けられている。ジグ棒状部５２は、押圧部６３の孔状部６７に挿通されている。前述の構成にすることにより、操作レバー６１を手動で操作することによって、力印加ユニット６０は、ジグ５１に対して鉛直上下方向に移動可能となる。なお、力印加ユニット６０は、支持ユニット（図示しない）によって、鉛直上下方向に移動可能に支持されている。

また、組立てシステム５０は、ボルト状部材２１の棒状部２３へのナット４３の取付けに用いられる取り付け部材としてのスパナ６９を備える。棒状部２３へナット４３を取付ける際には、スパナ６９を用いて、ナット４３を棒状部２３に対して回転させる。図５に示すように、超音波発生装置１０を製造する際には、まず、ボルト状部材２１の棒状部２３に装着ユニット３０（圧電素子２９Ａ〜２９Ｃ、第１の電極３１、第２の電極３２、絶縁リング４１Ａ，４１Ｂ及び座金４２）を取付ける（ステップＳ１０１）。図７は、超音波発生装置１０の製造において、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２がジグ５１の雄ネジ部５３によって固定される前の状態を示す図である。図７に示すように、圧電素子２９Ａ〜２９Ｃを備える装着ユニット３０にボルト状部材２１の棒状部２３を挿通することにより、装着ユニット３０が棒状部２３に取付けられる。すなわち、装着ユニット３０は、第２の軸方向側からボルト状部材２１の棒状部２３に取付けられる。

ここで、圧電素子２９Ａ〜２９Ｃ、第１の電極３１、第２の電極３２等の装着ユニット３０を構成するそれぞれの部材は、前述の位置に配置される。また、本実施形態では、第１の軸方向（図７の矢印Ａ１の方向）が鉛直下方向と一致し、第２の軸方向（図７の矢印Ａ２の方向）が鉛直上方向と一致する。

また、棒状部２３への装着ユニット３０の取付け（ステップＳ１０１）と並行して、ジグ５１のジグ棒状部５２に、締付け部材であるナット４３を配置する（ステップＳ１０２）。図７に示すように、ナット４３にジグ棒状部５２が挿通されることにより、ジグ棒状部５２へのナット４３の配置が行われる。すなわち、ナット４３は第１の軸方向側からジグ棒状部５２に配置される。なお、雄ネジ部５３は、ジグ棒状部５２の第１の軸方向側の端部に位置している。

そして、ジグ５１の雄ネジ部５３によって、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定端として固定する（ステップＳ１０３）。図８は、超音波発生装置１０の製造において、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２がジグ５１の雄ネジ部５３によって固定された状態を示す図である。図８に示すように、ボルト状部材２１の雌ネジ部２８がジグ５１の雄ネジ部５３と螺合することにより、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定される。すなわち、ジグ５１の雄ネジ部５３が、装着ユニット３０が取付けられたボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定端として固定するボルト状部材固定部（固定部）となっている。

ここで、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定された状態では、ボルト状部材２１の第１の端Ｅ１は長手軸Ｃに平行に移動可能な自由端となる。このため、例えばボルト状部材２１に第１の軸方向へ外力が作用することにより、自由端である第１の端Ｅ１が第１の軸方向へ移動する。第２の端Ｅ２が固定された状態で第１の端Ｅ１が第１の軸方向に移動することにより、ボルト状部材２１は伸長する。

また、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定された状態では、ナット４３はジグ５１のジグ棒状部５２に位置している。すなわち、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定する前に、ジグ棒状部５２にナット４３が配置される（ステップＳ１０２）。

そして、力印加ユニット６０を第１の軸方向（鉛直下方向）に移動させ、力印加ユニット６０によって装着ユニット３０に圧縮力Ｆ１を印加する（ステップＳ１０４）。図９は、超音波発生装置１０の製造において、装着ユニット３０に圧縮力Ｆ１が印加された状態を示す図である。図９に示すように、力印加ユニット６０の押圧部６３に形成される孔状部６７の内径Ｄ３は、ナット４３の外径Ｄ２より大きい。このため、力印加ユニット６０が第１の軸方向（図９の矢印Ａ１の方向）に移動する際に、ジグ棒状部５２に位置するナット４３に押圧部６３は接触せず、ナット４３より第１の軸方向側まで押圧部６３は移動する。

また、孔状部６７の内径Ｄ３は、装着ユニット３０の座金４２の外径Ｄ１より小さい。このため、力印加ユニット６０が第１の軸方向に移動することにより、押圧部６３が座金４２に当接する。押圧部６３が座金４２に当接することにより、力印加ユニット６０から装着ユニット３０に第１の軸方向へ圧縮力Ｆ１が印加される。圧縮力Ｆ１によって、圧電素子２９Ａ〜２９Ｃを含む装着ユニット３０が収縮する。装着ユニット３０が収縮することにより、第１の弾性力Ｆ２が装着ユニット３０に発生する。

第１の弾性力Ｆ２は、装着ユニット３０からボルト状部材２１の頭部２２に作用する。ここで、ボルト状部材２１では、第１の端Ｅ１が自由端となり、第２の端Ｅ２が固定端となっている。このため、第１の弾性力Ｆ２がボルト状部材２１に作用することにより、第１の端Ｅ１が第１の軸方向へ移動し、ボルト状部材２１が伸長する。

ボルト状部材２１が伸長することにより、ボルト状部材２１に第２の弾性力Ｆ３が発生する。第２の弾性力Ｆ３は、第１の弾性力Ｆ２とは反対方向に作用する。ボルト状部材２１の伸長量が大きくなるにつれて、第２の弾性力Ｆ３は大きくなる。ボルト状部材２１は、第２の弾性力Ｆ３が第１の弾性力Ｆ２と同一の大きさになるまで、伸長する。すなわち、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３とが釣合う釣合い状態になるまで、ボルト状部材２１は伸長する。釣合い状態では、力印加ユニット６０によって装着ユニット３０に圧縮力Ｆ１を印加した場合も、ボルト状部材２１は伸長しない。

そして、釣合い状態においてナット４３をボルト状部材２１の棒状部２３に取付ける（ステップＳ１０５）。図１０は、超音波発生装置１０の製造においてナット４３をボルト状部材２１の棒状部２３を取付けた状態を示す図である。図１０に示すように、ナット４３の取付けは、力印加ユニット６０から装着ユニット３０に圧縮力Ｆ１を印加した状態で行われる。これにより、ナット４３を取付ける際に、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３とが釣合う釣合い状態が保持される。

棒状部２３へナット４３を取付ける際には、スパナ６９を用いて、ナット４３を棒状部２３に対して回転させる。これにより、ジグ棒状部５２に位置するナット４３が棒状部２３まで第１の軸方向に向かって移動する。そして、ナット４３の雌ネジ部４５がボルト状部材２１の雄ネジ部２５と螺合することにより、ナット４３がボルト状部材２１の棒状部２３に取付けられる。ナット４３が取付けられることにより、ナット４３とボルト状部材２１の頭部２２との間で装着ユニット３０が締付けられる。これにより、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３が釣合う釣合い状態が保持される。換言すれば、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３の釣合い状態が保持されるように、ナット４３がボルト状部材２１の棒状部２３に取付けられる。なお、ナット４３の取付けは小さい締付けトルクで行われ、ナット４３の締付けによって釣合い状態からさらに装着ユニット３０が収縮することを防止している。また、ナット４３の回転は、スパナ６９を用いず、手動で行ってもよい。

そして、力印加ユニット６０による装着ユニット３０への圧縮力Ｆ１の印加を停止する（ステップＳ１０６）。図１１は、超音波発生装置１０の製造において、力印加ユニット６０による装着ユニット３０への圧縮力Ｆ１の印加を停止した状態を示す図である。図１１に示すように、ナット４３がボルト状部材２１の棒状部２３に取付けられた後に、力印加ユニット６０を第２の軸方向（鉛直上方向）に移動させる。これにより、力印加ユニット６０の押圧部６３が座金４２に接触しない状態となり、力印加ユニット６０から装着ユニット３０への圧縮力Ｆ１の印加が停止される。

ここで、圧電素子２９Ａ〜２９Ｃを含む装着ユニット３０は、ナット４３によって、ナット４３とボルト状部材２１の頭部２２との間で締付けられ、ナット４３と頭部２２との間で固定されている。このため、力印加ユニット６０から装着ユニット３０に圧縮力Ｆ１が印加されない場合でも、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３が釣合う釣合い状態が保持される。

そして、ボルト状部材２１の雌ネジ部２８とジグ５１の雄ネジ部５３との螺合を解除する。これにより、ジグ５１の雄ネジ部５３によるボルト状部材２１の第２の端Ｅ２の固定が解除される（ステップＳ１０７）。以上のようにして、超音波発生装置１０が製造される。

そこで、前述の超音波発生装置１０の製造方法及び組立てシステム５０では、以下の効果を奏する。すなわち、超音波発生装置１０を製造する際には、ナット４３とは別体の力印加ユニット６０により圧電素子２９Ａ〜２９Ｃを含む装着ユニット３０に、圧縮力Ｆ１が印加される。ナット４３の締付けによって装着ユニット３０が収縮しないため、ナット４３の締付けトルク、ボルト状部材２１の特性、ナット４３の特性が装着ユニット３０（圧電素子２９Ａ〜２９Ｃ）の収縮状態に影響を及ぼさない。したがって、超音波発生装置１０ごとに装着ユニット３０の収縮状態が変化することが、有効に防止される。これにより、超音波発生装置１０ごとに超音波振動の振動特性が変化すること、及び、ボルトの特性による影響で振動特性がばらつくことを、有効に防止することができる。

また、超音波発生装置１０を製造する際には、ボルト状部材２１の第１の端Ｅ１が自由端となり、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定端となる状態で、力印加ユニット６０から装着ユニット３０に第１の軸方向へ圧縮力Ｆ１が印加される。このため、圧縮力Ｆ１によって装着ユニット３０が収縮することにより、装着ユニット３０に第１の弾性力Ｆ２が発生する。そして、第１の弾性力Ｆ２によって、ボルト状部材２１が伸長し、ボルト状部材２１に第１の弾性力Ｆ２とは反対方向に作用する第２の弾性力Ｆ３が発生する。ボルト状部材２１は、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３とが釣合う釣合い状態になるまで、伸長する。そして、釣合い状態において、ナット４３をボルト状部材２１の棒状部２３に取付け、ナット４３とボルト状部材２１の頭部２２との間で装着ユニット３０が締付けられる。これにより、装着ユニット３０への圧縮力Ｆ１の印加を解除した場合でも、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３とが釣合う釣合い状態が保持される。前述のように超音波発生装置１０が製造されるため、超音波発生装置１０の完成時に、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３とが釣合う釣合い状態となる。したがって、超音波発生装置１０の製造後に第１の弾性力Ｆ２によってボルト状部材２１が伸長することが、有効に防止される。これにより、製造後の超音波発生装置１０の超音波振動の振動特性の完成時からの変化を、有効に防止することができると共に、ボルトの特性による影響で振動特性がばらつくことを、有効に防止することができる。

（変形例）
なお、第１の実施形態では、第１の軸方向が鉛直下方向と一致し、第２の軸方向が鉛直上方向と一致する状態で、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定端として固定されているが、これに限るものではない。また、第１の実施形態では、力印加ユニット６０の操作レバー６１を手動で操作することによって、力印加ユニット６０から装着ユニット３０に圧縮力Ｆ１が印加されるが、これに限るものではない。

例えば、第１の変形例として図１２に示すように、第１の軸方向（図１２の矢印Ａ１の方向）及び第２の軸方向（図１２の矢印Ａ２）の方向が鉛直方向に対して垂直な状態で、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定端として固定されてもよい。本変形例では、ジグ５１の代わりにジグ７１が用いられる。また、本変形例では、第１の軸方向が鉛直方向に対して垂直な第１の水平方向となり、第２の軸方向が第１の水平方向とは反対方向の第２の水平方向となる。

ジグ７１は、台座部７５と、台座部７５から第１の軸方向（第１の水平方向）に向かって突出するジグ棒状部７２と、を備える。第１の実施形態と同様に、ジグ棒状部７２には、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定する前に、締付け部材であるナット４３が配置される。ジグ棒状部７２の第１の軸方向側の端部には、雄ネジ部７３が形成されている。第１の実施形態と同様に、雄ネジ部７３が、装着ユニット３０が取付けられたボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定する固定部（ボルト状部材固定部）となっている。第２の端Ｅ２が固定された状態では、ボルト状部材２１の第１の端Ｅ１は自由端となる。このため、第２の端Ｅ２が固定された状態では、第１の端Ｅ１が第１の軸方向へ移動することにより、ボルト状部材２１は伸長可能となる。また、台座部７５には、長手軸Ｃに沿って台座部７５を貫通する孔状部７９Ａ，７９Ｂが設けられている。

また、本変形例では、力印加ユニット６０の代わりに力印加ユニット８０が用いられる。力印加ユニット８０は、ジグ７１の台座部７５の第２の軸方向（第２の水平方向）側に位置する本体部８２を備える。本体部８２からは、伸縮部８５Ａ，８５Ｂが第１の軸方向に向かって延設されている。伸縮部８５Ａは、孔状部７９Ａを通って、台座部７５より第１の軸方向側まで延設されている。同様に、伸縮部８５Ｂは、孔状部７９Ｂを通って、台座部７５より第１の軸方向側まで延設されている。

伸縮部８５Ａ，８５Ｂは、台座部７５の第１の軸方向側に位置する板状の押圧部８３に接続されている。押圧部８３には、押圧部８３を長手軸Ｃに沿って貫通する孔状部８７が設けられている。ジグ棒状部７２は、押圧部８３の孔状部８７に挿通されている。また、力印加ユニット８０の本体部８２には、チューブ９３の一端が接続されている。チューブ９３の他端は、油圧タンク９１に接続されている。油圧タンク９１は、入力部９２に電気的に接続されている。

力印加ユニット８０によって装着ユニット３０に圧縮力（Ｆ１）を印加する際には、入力部９２での操作により、油圧タンク９１からチューブ９３、本体部８２の内部を通して、伸縮部８５Ａ，８５Ｂに油を供給する。そして、油圧によって伸縮部８５Ａ，８５Ｂが伸長することにより、押圧部８３が第１の軸方向に移動し、押圧部８３が座金４２に当接する。押圧部８３が座金４２に当接することにより、力印加ユニット８０から装着ユニット３０に第１の軸方向へ圧縮力（Ｆ１）が印加される。ここで、押圧部８３に孔状部８７が設けられているため、押圧部８３が第１の軸方向に移動する際に、ジグ棒状部７２に位置するナット４３に押圧部６３は接触しない。このため、押圧部８３は、ナット４３より第１の軸方向側まで移動可能である。

以上、第１の変形例から、超音波発生装置１０の製造において、ボルト状部材２１の第１の端Ｅ１が自由端となり、第２の端Ｅ２が固定端となる状態で、力印加ユニット（６０，８０）から装着ユニット３０に圧縮力（Ｆ１）が第１の軸方向に印加されればよい。これにより、装着ユニット３０が収縮され、収縮した装着ユニット３０の第１の弾性力（Ｆ２）によってボルト状部材２１が伸長する。そして、伸長したボルト状部材２１の第２の弾性力（Ｆ３）が第１の弾性力（Ｆ２）と釣合う釣合い状態になるまで、ボルト状部材２１は伸長する。

また、第１の実施形態では、ボルト状部材２１の雌ネジ部２８がジグ５１の雄ネジ部５３と螺合することにより、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定端として固定されるが、これに限るものではない。例えば、第２の変形例として図１３に示すように、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２から第１の軸方向に向かって凹む係合溝９５が設けられてもよい。係合溝９５の断面は、略六角形状に形成されている。本変形例では、ジグ５１のジグ棒状部５２の第１の軸方向側の端部に、係合突起９６が形成されている。係合突起９６の断面は係合溝９５に対応する略六角形状に形成され、係合突起９６は係合溝９５と係合可能である。係合突起９６が係合溝９５と係合することにより、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２が固定端として固定される。すなわち、係合突起９６が、装着ユニット３０が取付けられたボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定端として固定する固定部となっている。

以上、第２の変形例から、ジグ（５１，７１）に、装着ユニット３０が取付けられたボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定端として固定する固定部（５３，７３，９６）が設けられていればよい。

また、第１の実施形態では、ナット４３によって、装着ユニット３０がナット４３とボルト状部材２１の頭部２２との間で締付けられるが、これに限るものではない。例えば、第３の変形例として図１４に示すように、締付け部材としてＵ字部材９７が用いられてもよい。Ｕ字部材９７は、長手軸Ｃに垂直な方向からボルト状部材２１の棒状部２３に取付けられる。また、Ｕ字部材９７の溝の幅Ｄ４は、棒状部２３の外径Ｄ５より小さい。このため、Ｕ字部材９７が棒状部２３に取付けられた状態では、Ｕ字部材９７は棒状部２３に確実に固定される。

本変形でも第１の実施形態と同様に、装着ユニット３０の第１の弾性力Ｆ２とボルト状部材２１の第２の弾性力Ｆ３とが釣合う釣合い状態で、締付け部材であるＵ字部材９７が棒状部２３に取付けられる。Ｕ字部材９７が取付けられることにより、圧電素子２９Ａ〜２９Ｃを含む装着ユニット３０がＵ字部材９７とボルト状部材２１の頭部２２との間で、締付けられる。これにより、第１の弾性力Ｆ２と第２の弾性力Ｆ３とが釣合う釣合い状態が、保持される。

また、本変形例では、長手軸Ｃに垂直な方向からＵ字部材９７が棒状部に取付けられるため、ジグ（５１，７１）にジグ棒状部（５２，７２）を設ける必要はない。すなわち、第１の実施形態とは異なり、ボルト状部材２１の第２の端Ｅ２を固定端として固定する前に、ジグ棒状部（５２，７２）に締付け部材（４３）を配置する必要はない。このため、さらに容易に超音波発生装置１０が製造される。

以上、第３の変形例から、超音波発生装置１０の製造において、伸長したボルト状部材２１の第２の弾性力Ｆ３が装着ユニット３０の第１の弾性力Ｆ２と釣合う釣合い状態で、ボルト状部材２１の棒状部２３に締付け部材（４３，９７）が取付けられればよい。これにより、締付け部材（４３，９７）とボルト状部材２１の頭部２２との間で装着ユニット３０が締付けられ、釣合い状態が保持される。

また、第１の実施形態では、装着ユニット３０は、圧電素子２９Ａ〜２９Ｃ、第１の電極３１、第２の電極３２、絶縁リング４１Ａ，４１Ｂ及び座金４２を備えるが、これに限るものではない。例えば絶縁リング４１Ａ，４１Ｂが設けられなくてもよく、圧電素子（２９Ａ〜２９Ｃ）が４つ設けられてもよい。すなわち、装着ユニット３０は、少なくとも１つの圧電素子（２９Ａ〜２９Ｃ）を備えればよい。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は前述の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形ができることは勿論である。

前記目的を達成するため、本発明のある態様の超音波発生装置の製造方法は、頭部が長手軸に平行な方向である第１の軸方向側の第１の端を形成し、前記頭部より外径が小さい棒状部が前記第１の軸方向とは反対方向である第２の軸方向側の第２の端を形成するボルト状部材において、電流を超音波振動に変換する圧電素子を含む装着ユニットを前記第２の軸方向側から前記棒状部に取付けることと、自由端となる前記第１の端の前記第１の軸方向への移動によって前記ボルト状部材が伸長可能な状態で、ジグのボルト固定部により、前記装着ユニットが取付けられた前記ボルト状部材の前記第２の端を固定端として固定することと、前記ボルト状部材の前記第２の端が固定された状態で力印加ユニットによって前記装着ユニットに前記第１の軸方向へ圧縮力を印加することにより、前記装着ユニットに第１の弾性力を発生させることと、前記ボルト状部材の第２の弾性力が前記装着ユニットの前記第１の弾性力と釣合う釣合い状態において前記ボルト状部材の前記棒状部に締付け部材を取付け、前記締付け部材と前記ボルト状部材の前記頭部との間で前記装着ユニットを締付けることにより、前記釣合い状態を保持することと、を備える。

本発明の別のある態様の超音波発生装置の組立てシステムは、長手軸に平行な方向である第１の軸方向側の第１の端を形成する頭部と、前記頭部より外径が小さく、前記第１の軸方向とは反対方向である第２の軸方向側の第２の端を形成する棒状部と、を備えるボルト状部材と、電流を超音波振動に変換する圧電素子を備え、前記第２の軸方向側から前記ボルト状部材の前記棒状部に取付けられる装着ユニットと、自由端となる前記第１の端の前記第１の軸方向への移動によって前記ボルト状部材が伸長可能な状態で、前記装着ユニットが取付けられた前記ボルト状部材の前記第２の端を固定端として固定するボルト状部材固定部を備えるジグと、前記ボルト状部材の前記第２の端が固定された状態で前記装着ユニットに前記第１の軸方向へ圧縮力を印加することにより、前記装着ユニットに第１の弾性力を発生させる力印加ユニットと、前記ボルト状部材の第２の弾性力が前記装着ユニットの前記第１の弾性力と釣合う釣合い状態において前記ボルト状部材の前記棒状部に取付けられ、前記ボルト状部材の前記頭部との間で前記装着ユニットを締付けることにより、前記釣合い状態を保持する締付け部材と、を備える。

Claims

頭部が長手軸に平行な方向である第１の軸方向側の第１の端を形成し、前記頭部より外径が小さい棒状部が前記第１の軸方向とは反対方向である第２の軸方向側の第２の端を形成するボルト状部材において、電流を超音波振動に変換する圧電素子を含む装着ユニットを前記第２の軸方向側から前記棒状部に取付けることと、
自由端となる前記第１の端の前記第１の軸方向への移動によって前記ボルト状部材が伸長可能な状態で、ジグのボルト固定部により、前記装着ユニットが取付けられた前記ボルト状部材の前記第２の端を固定端として固定することと、
前記ボルト状部材の前記第２の端が固定された状態で力印加ユニットによって前記装着ユニットに前記第１の軸方向へ圧縮力を印加することにより、前記装着ユニットを収縮させ、収縮した前記装着ユニットの第１の弾性力により前記ボルト状部材を伸長させることと、
伸長した前記ボルト状部材の第２の弾性力が前記装着ユニットの前記第１の弾性力と釣合う釣合い状態において前記ボルト状部材の前記棒状部に締付け部材を取付け、前記締付け部材と前記ボルト状部材の前記頭部との間で前記装着ユニットを締付けることにより、前記釣合い状態を保持することと、
を具備する超音波発生装置の製造方法。
前記ボルト状部材の前記第２の端を固定する前に、前記第１の軸方向側の端部に前記ボルト固定部が設けられたジグ棒状部に、前記締付け部材を配置することをさらに具備し、
前記ボルト状部材の前記棒状部に前記締付け部材を取付けることは、前記釣合い状態において、前記ジグ棒状部から前記ボルト状部材の前記棒状部まで前記第１の軸方向に向かって前記締付け部材を移動させることを備える、
請求項１の製造方法。
長手軸に平行な方向である第１の軸方向側の第１の端を形成する頭部と、前記頭部より外径が小さく、前記第１の軸方向とは反対方向である第２の軸方向側の第２の端を形成する棒状部と、を備えるボルト状部材と、
電流を超音波振動に変換する圧電素子を備え、前記第２の軸方向側から前記ボルト状部材の前記棒状部に取付けられる装着ユニットと、
自由端となる前記第１の端の前記第１の軸方向への移動によって前記ボルト状部材が伸長可能な状態で、前記装着ユニットが取付けられた前記ボルト状部材の前記第２の端を固定端として固定するボルト状部材固定部を備えるジグと、
前記ボルト状部材の前記第２の端が固定された状態で前記装着ユニットに前記第１の軸方向へ圧縮力を印加することにより、前記装着ユニットを収縮させ、収縮した前記装着ユニットの第１の弾性力により前記ボルト状部材を伸長させる力印加ユニットと、
伸長した前記ボルト状部材の第２の弾性力が前記装着ユニットの前記第１の弾性力と釣合う釣合い状態において前記ボルト状部材の前記棒状部に取付けられ、前記ボルト状部材の前記頭部との間で前記装着ユニットを締付けることにより、前記釣合い状態を保持する締付け部材と、
を具備する超音波発生装置の組立てシステム。
前記ジグは、前記第１の軸方向側の端部に前記ボルト状部材固定部が設けられたジグ棒状部を備え、
前記締付け部材は、前記ボルト状部材の前記第２の端を固定する前に前記ジグ棒状部に配置され、前記釣合い状態において前記ジグ棒状部から前記ボルト状部材の前記棒状部まで前記第１の軸方向に向かって移動する、
請求項３の組立てシステム。