JPWO2018070043A1 - 超音波トランスデューサ及び超音波処置システム - Google Patents

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Abstract

超音波トランスデューサは、長手軸に沿って超音波振動を発生する駆動ユニットと、前記長手軸における前記駆動ユニットの第１端側に設けられている基端側ブロックと、前記駆動ユニットの前記第１端側とは反対側の第２端側に設けられ、圧電素子に隣接している第１部分と、前記第１部分に連続する第２部分と、前記第２部分に連続し、前記長手軸と直交する断面積が前記第２部分と異なるように構成されている第３部分とを有し、前記駆動ユニットに前記超音波振動を発生させた状態で、前記第２部分と前記第３部分との境界の位置が前記超音波振動の腹と一致または略一致するように構成されている先端側ブロックとを備える。

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。超音波処置具では、超音波トランスデューサの先端側に、処置部を備えるロッド部材が接続される。圧電素子で発生した超音波振動は、ロッド部材を通して処置部に伝達される。
ＵＳ２００９／２７５８６４Ａ１のような超音波処置具では、処置性能等の観点から、超音波トランスデューサ及びロッド部材を含む振動体を、超音波振動によって既定の共振周波数で又は可能な限り既定の共振周波数に近づけて振動させることが求められている。また、超音波トランスデューサ及びロッド部材を含む振動体を既定の共振周波数で振動させる場合、エネルギーのロスを低減させるために、超音波トランスデューサ単体でも圧電素子で発生した超音波振動によって既定の共振周波数で又は可能な限り既定の共振周波数に近づけて振動することが求められている。したがって、圧電素子、先端側ブロック及び基端側ブロック等の超音波トランスデューサを形成する部品のそれぞれの物性等に対応させて、単体（超音波トランスデューサの最小構成単位で、かつ、振動の半波長の自然数倍の組立体）でも既定の共振周波数で振動する超音波トランスデューサを形成する必要がある。これにより、超音波トランスデューサの単体での振動における共振周波数は、駆動電源からの入力電流または入力電圧の周波数及びロッド部材の単体での振動における共振周波数と一致または略一致する。
超音波トランスデューサの単体での振動における共振周波数は、超音波トランスデューサを構成する材料の剛性率（ヤング率）等の物性（材質）の影響を受ける。材料の物性は、材料を提供するメーカーによってばらついたり、同じメーカーであってもロットによってばらついたりする。超音波トランスデューサの単体での振動における共振周波数を調整するためには、超音波トランスデューサの先端側ブロックの長手軸に沿った長さを変えることが考えられる。この調整は、容易に行うことができる。
しかしながら、先端側ブロックの長手軸に沿った長さを変えることは、超音波処置具を構成する他の部品の寸法の変更も余儀なくされる。特に、ハンドルや、ロッド部材等で構成される把持部などの寸法は、先端側ブロックの長手軸に沿った長さに応じて設計されている。このように、超音波処置具を構成する一つの部品のサイズを変更することは、製品全体の構成に大きな影響を与える。
この発明は、超音波トランスデューサの長手軸に沿った寸法を変えることなく既定の共振周波数で振動する超音波トランスデューサを提供することを目的とする。
この発明の一態様に係る超音波トランスデューサは、電気エネルギーが供給されることにより長手軸に沿って超音波振動を発生する圧電素子を備える駆動ユニットと、前記長手軸に沿って前記駆動ユニットの第１端側に設けられている基端側ブロックと、前記駆動ユニットの前記第１端側とは反対側の第２端側に設けられている先端側ブロックとを備える。前記先端側ブロックは、圧電素子に隣接している第１部分と、前記第１部分に連続する第２部分と、前記第２部分に連続し、前記長手軸と直交する仮想平面における断面積が前記第２部分と異なるように構成されている第３部分とを前記駆動ユニットの前記第２端側から順に前記長手軸に沿って有し、前記圧電素子に前記超音波振動を発生させ、前記基端側ブロック、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分に前記超音波振動を伝達した状態で、前記第２部分と前記第３部分との境界の位置が前記超音波振動の腹と一致または略一致するように構成されている。
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の概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図５は、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図６は、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサの振動における共振周波数の特性を示すグラフである。 図７は、第１の実施形態の変形例となる超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの斜視図である。 図８は、第１の実施形態の変形例となる超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの斜視図である。 図９は、第１の実施形態の変形例となる超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの斜視図である。 図１０は、第１の実施形態の変形例となる超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図１１は、第２の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図１２は、第２の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの斜視図である。 図１３は、第２の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図１４は、第２の実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図１５は、第２の実施形態の変形例となる超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図１６は、第２の実施形態の変形例となる超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの断面図である。 図１７は、第２の実施形態の変形例となる超音波トランスデューサを構成する先端側ブロックの斜視図である。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る超音波トランスデューサ２０について説明する。
図１は、一例となる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を示す概略図である。
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Ｌ１側）とし、基端側とは反対側を先端側（矢印Ｌ２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。エンドエフェクタ７は、ロッド突出部１１及びジョー１２によって形成される。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、上述のハンドル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。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は、ロッド部材１０に接続される。超音波トランスデューサ２０の先端は、直接的にロッド部材１０の基端に接続される。また、ケーブル１３の一端は、トランスデューサケース１８に接続される。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、上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。
次に、超音波トランスデューサ２０の構成について説明する。
超音波トランスデューサ２０は、長手軸Ｌに沿って延びるボルト（シャフト）２１を備える。ここで、長手軸Ｌに沿う方向の一方側が基端側（矢印Ｌ１側）と一致し、長手軸Ｌに沿う方向の他方側が先端側（矢印Ｌ２側）と一致する。ボルト２１は、基端から先端まで長手軸Ｌに沿って真直ぐに延設される。
超音波トランスデューサ２０では、ボルト２１の先端部が、振動部材となる先端側ブロック２２に接続される。先端側ブロック２２は、フロントマスということもある。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は、長手軸Ｌに沿って後述する駆動ユニット３０の基端側とは反対側の先端側に設けられている。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に接続される。先端側ブロック２２には、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Ｌに略垂直な断面積が減少するホーン２６が形成される。先端側ブロック２２において被支持部２５及びホーン２６が形成される位置については後述する。
超音波トランスデューサ２０では、ボルト２１の基端部が、振動部材となる基端側ブロック２３に接続される。基端側ブロック２３は、バックマスということもある。基端側ブロック２３は、長手軸Ｌに沿って後述する駆動ユニット３０の基端側に設けられている。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の係合部として図示しない雄ネジ部が形成される。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、図示しない雌ネジ部が形成される。雄ネジ部は、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。雄ネジ部に雌ネジ部が係合する、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、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、基端側ブロック２３の基端は、長手軸Ｌ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、励振部材となる駆動ユニット３０が取付けられる。駆動ユニット３０は、長手軸Ｌ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によって先端側ブロック２２に押圧される。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長手軸Ｌに沿って超音波振動を発生する１以上の圧電素子３１を備える。駆動ユニット３０は、一例として１０個の圧電素子３１を備える。圧電素子３１は、例えば圧電セラミックス等から形成される。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複数のリング状の電極部材３２及び３３を備える。複数の電極部材３２は連結されている。複数の電極部材３３は連結されている。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、電極部材３２及び３３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のそれぞれが電極部材３２の対応する１つと電極部材３３の対応する１つとの間で挟まれる構成となる。上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。
次に、エネルギー制御装置３の構成について説明する。
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及び３８は、ケーブル１３の内部を通って延設され、電気配線３７及び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壁に固定されたレセプタクルアウトレットから得られる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及び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、電気エネルギーとして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。プロセッサ１６は、エネルギー出力源１５からの電気エネルギーの出力における周波数を、既定の周波数に調整する。
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及び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を含む振動体が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆ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Ｌに略平行な縦振動を行う。駆動中の変動による影響は、エネルギー制御装置３により検知され、電気エネルギーが調整される。
振動体が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆ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、超音波振動の腹が発生する。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の基端に超音波振動の腹が発生する。
超音波トランスデューサ２０の単体でも、圧電素子３１で発生した超音波振動によって、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する。先端側ブロック２２の先端及び基端側ブロック２３の基端それぞれには超音波振動の腹が発生する。先端側ブロック２２の被支持部２５には超音波振動の節が発生する。先端側ブロック２２における被支持部２５よりも先端側には少なくとも１つの超音波振動の節が発生する。
なお、上述した超音波トランスデューサ２０の単体とは、超音波トランスデューサ２０の最小構成単位であり、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の組立体である。超音波トランスデューサ２０の単体の長さは、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆでの縦振動の半波長の自然数倍である。超音波トランスデューサ２０の単体の先端側には、別体としてロッド部材１０が接続される。
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、電気的な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、電気的な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。
次に、超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の形状について説明する。
図２は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の断面図である。図２は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。先端側ブロック２２は、基準となる物性を備える材料で構成されているものとする。
先端側ブロック２２は、第１部分２２１と、第２部分２２２と、第３部分２２３とを駆動ユニット３０の先端側から順に長手軸Ｌに沿って有している。第１部分２２１、第２部分２２２及び第３部分２２３は一つの要素として加工されても、それぞれ別要素として加工されてもよい。
第１部分２２１は、圧電素子３１に隣接している。この第１部分２２１には、例えば、上述の被支持部２５及びホーン２６が設けられている。
第１部分２２１は、圧電素子３１に超音波振動を発生させ、基端側ブロック２３及び先端側ブロック２２（第１部分２２１、第２部分２２２及び第３部分２２３）に超音波振動を伝達した状態で、被支持部２５の位置が超音波振動の節と一致または略一致するように構成されている。このような構成により、被支持部２５がトランスデューサケース１８またはハウジング５に適切に支持されている。。
第２部分２２２は、第１部分２２１の先端側に連続する。第２部分２２２は、円柱形状である。長手軸Ｌと直交する第２部分２２２の断面形状は、長手軸Ｌに沿って同一または略同一である。
第３部分２２３は、第２部分２２２の先端側に連続する。第３部分２２３は、円柱形状である。長手軸Ｌと直交する第３部分２２３の断面形状は、長手軸Ｌに沿って同一または略同一である。第３部分２２３は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における断面積が前記第２部分２２２と異なるように構成されている。
第３部分２２３の先端は、上述のように、圧電素子３１に超音波振動を発生させ、基端側ブロック２３及び先端側ブロック２２に超音波振動を伝達した状態で、超音波振動の腹と一致または略一致する。
次に、先端側ブロック２２に設けられる第２部分２２２と第３部分２２３との境界（以下、境界Ａ１という）の位置について説明する。境界Ａ１は、長手軸Ｌと直交する仮想平面上にある。
先端側ブロック２２は、圧電素子３１に超音波振動を発生させ、基端側ブロック２３及び先端側ブロック２２に超音波振動を伝達した状態で、境界Ａ１の位置が超音波振動の腹と一致または略一致するように構成されている。その理由は、先端側ブロック２２のうち超音波振動の腹と一致する位置（境界Ａ１）には応力が発生しないため、先端側ブロック２２が、第２部分２２２と第３部分２２３との間の境界Ａ１近傍で超音波振動の変成比を持ちにくくするためである。これにより、長手軸Ｌに沿った被支持部２５から第３部分２２３の先端までの距離を既定の距離とし、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数を既定の共振周波数とする条件下において、境界Ａ１の位置によらず、超音波トランスデューサ２０の先端における超音波振動の振幅は実質的に変わらない。
長手軸Ｌに沿った被支持部２５から第３部分２２３の先端までの距離をＬ１とする。
境界Ａ１は、長手軸Ｌに沿った被支持部２５から境界Ａ１までの距離がＬ２となる位置（以下、基準位置Ｂ１）に設けられている。基準位置Ｂ１は、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆとなる位置である。
長手軸Ｌに沿った境界Ａ１から第３部分２２３の先端までの距離をＬ３とする。Ｌ３は、超音波振動の腹と一致または略一致する基準位置Ｂ１から超音波振動の腹と一致または略一致する第３部分２２３の先端までの距離に相当する。そのため、Ｌ３は、超音波振動の半波長の自然数倍である。
Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３の関係が成り立つ。
図３は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の斜視図である。
第２部分２２２及び第３部分２２３は、円柱形状である。長手軸Ｌと直交する仮想平面における第２部分２２２の断面積は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における第３部分２２３の断面積よりも小さい。
次に、距離Ｌ１を一定とする条件下において、境界Ａ１の位置が基準位置Ｂ１とは異なる位置に設けられている超音波トランスデューサ２０の構成について説明する。
図４は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の断面図である。図４は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。図４は、距離Ｌ１を一定とする条件下において、境界Ａ１の位置が基準位置Ｂ１よりも第３部分２２３の先端側にある超音波トランスデューサ２０を示す。図４に示す先端側ブロック２２は、図２に示す先端側ブロック２２と同じく、基準となる物性を備える材料で構成されている。
基準位置Ｂ１よりも第３部分２２３の先端側にある任意の境界Ａ１の位置を位置Ｂ２とする。
長手軸Ｌに沿った被支持部２５から位置Ｂ２までの距離をＬ４とする。
長手軸Ｌに沿った位置Ｂ２から第３部分２２３の先端までの距離をＬ５とする。
Ｌ１＝Ｌ４＋Ｌ５の関係が成り立つ。
Ｌ４は、図２に示すＬ２よりも長い。Ｌ５は、図２に示すＬ３よりも短い。
超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、境界Ａ１が基準位置Ｂ１にある場合よりも、境界Ａ１が基準位置Ｂ１よりも第３部分２２３の先端側の位置Ｂ２にある場合の方が高い。境界Ａ１の位置に応じた超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数の特性については後述する。
図５は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の断面図である。図５は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。図５は、距離Ｌ１を一定とする条件下において、境界Ａ１の位置が基準位置Ｂ１よりも被支持部２５側にある超音波トランスデューサ２０を示す。図５に示す先端側ブロック２２は、図２に示す先端側ブロック２２と同じく、基準となる物性を備える材料で構成されている。
基準位置Ｂ１よりも被支持部２５側にある任意の境界Ａ１の位置を位置Ｂ３とする。
長手軸Ｌに沿った被支持部２５から位置Ｂ３までの距離をＬ６とする。
長手軸Ｌに沿った位置Ｂ３から第３部分２２３の先端までの距離をＬ７とする。
Ｌ１＝Ｌ６＋Ｌ７の関係が成り立つ。
Ｌ６は、図２に示すＬ２よりも短い。Ｌ７は、図２に示すＬ３よりも長い。
超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、境界Ａ１が基準位置Ｂ１にある場合よりも、境界Ａ１が基準位置Ｂ１よりも被支持部２５側の位置Ｂ３にある場合の方が低い。境界Ａ１の位置に応じた超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数の特性については以下で説明する。
図６は、境界Ａ１の位置に応じた超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数の特性を示すグラフである。
横軸は、長手軸Ｌにおける基準位置Ｂ１から境界Ａ１までの距離を示す。横軸のマイナス方向は、基準位置Ｂ１から第３部分２２３の先端側への方向である。横軸のプラス方向は、基準位置Ｂ１から被支持部２５側への方向である。
横軸の値が０である場合、境界Ａ１は、基準位置Ｂ１にある。つまり、先端側ブロック２２は、図２に示すように構成されている。横軸の値がマイナスの値である場合、境界Ａ１は、位置Ｂ２にある。つまり、先端側ブロック２２は、図４に示すように構成されている。横軸の値がプラスの値である場合、境界Ａ１は、位置Ｂ３にある。つまり、先端側ブロック２２は、図５に示すように構成されている。
縦軸は、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数の変化量を示す。変化量は、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数と既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆとの差に相当する。
境界Ａ１が基準位置Ｂ１にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆである。境界Ａ１が位置Ｂ２にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数と既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆとの差は、プラス値である。つまり、境界Ａ１が位置Ｂ２にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも高い。境界Ａ１が位置Ｂ３にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数と既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆとの差は、マイナス値である。つまり、境界Ａ１が位置Ｂ３にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも低い。
このように、距離Ｌ１を一定とする条件下において、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、境界Ａ１の位置に応じて異なる。具体的には、境界Ａ１の位置が第３部分２２３の先端側から被支持部２５側へ近づくにつれ、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、線形的にまたは略線形的に減少する。
次に、図７〜図１０を参照して超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２のいくつかの変形例について説明する。以下で説明する先端側ブロック２２の形状は例示にすぎない。先端側ブロック２２は、長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の断面積が第３部分２２３の断面積よりも小さくなるように構成されていれば、本明細書で説明される形状に限定されるものではない。
図７は、変形例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２を示す斜視図である。第２部分２２２及び第３部分２２３は、楕円柱で構成されている。
図８は、変形例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２を示す斜視図である。第２部分２２２は、円柱で構成されている。第３部分２２３は、四角柱で構成されている。このように、長手軸Ｌと直交する仮想平面における第２部分２２２の断面の形状は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における第３部分２２３の断面の相似形でなくてもよい。第３部分２２３は、四角柱以外の多角柱で構成されていてもよい。
図９は、変形例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２を示す斜視図である。第２部分２２２は、境界Ａ１近傍において、境界Ａ１から被支持部２５側へ近づくにつれ第２部分２２２の外形（断面積）が徐々に減少するようななだらかな形状で構成されている。これに代えて、第３部分２２３は、境界Ａ１近傍において、第３部分２２３の先端側から境界Ａ１側へ近づくにつれ第３部分２２３の外形（断面積）が徐々に減少するようななだらかな形状（テーパー形状）で構成されていてもよい。境界Ａ１近傍のなだらかな形状は、境界Ａ１が段差形状で構成されている場合と比べて、超音波トランスデューサ２０が超音波振動を伝達する際に境界Ａ１部分に応力が集中することを低減することができる。よって、先端側ブロック２２は損傷しにくくなる。
図１０は、変形例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２を示す断面図である。図１０は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。第２部分２２２及び第３部分２２３は、筒形である。長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の外周の形は、第３部分２２３の外周の形と同一である。そのため、境界Ａ１近傍における先端側ブロック２２の外形の変化はなくなる。長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の内周の長さは、第３部分２２３の内周の長さよりも短い。よって、長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の断面積は、第３部分２２３の断面積よりも小さい。
長手軸Ｌと直交する仮想平面における第２部分２２２の外周の形及び内周の形は、円形であっても多角形であってもよい。第２部分２２２の外周の形は、第２部分２２２の内周の形の相似形であっても相似形でなくてもよい。長手軸Ｌと直交する仮想平面における第３部分２２３の外周の形及び内周の形は、円形であっても多角形であってもよい。第３部分２２３の外周の形は、第３部分の内周の形の相似形であっても相似形でなくてもよい。
なお、先端側ブロック２２は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における断面の形がより多くの対称軸を有するように構成されていることが好ましい。好ましい一例は、図３で示した円形である。その理由は、対象軸が多い方が、先端側ブロック２２が長手軸Ｌに沿った方向以外の方向へ振動するなどの好ましくない挙動を起こす可能性を減らすことができるからである。
なお、上述のいくつかの例では、第２部分２２２は、長手軸Ｌと直交する断面形状が長手軸Ｌに沿って同一または略同一であるとしたが、これに限られない。第２部分２２２の全体は、長手軸Ｌに沿ってテーパー形状であってもよいし、段差的な断面積変化をもっても良い。同様に、第３部分２２３の全体は、長手軸Ｌに沿ってテーパー形状であってもよいし、段差的な断面積変化をもっても良い。
次に、境界Ａ１の位置の調整について説明する。
一例では、境界Ａ１の位置の調整は、超音波トランスデューサ２０の設計段階や加工寸法の設定時に実施される。境界Ａ１の位置は、先端側ブロック２２を構成する材料の物性と基準となる物性との差に基づいて算出されてもよい。超音波トランスデューサ２０は、境界Ａ１が基準位置Ｂ１から調整された位置に設けられるように加工される。
先端側ブロック２２が基準となる物性を備える材料で構成される場合を想定する。この場合、超音波トランスデューサ２０は、境界Ａ１が基準位置Ｂ１に設けられるように加工される。これにより、超音波トランスデューサ２０は、ある共振周波数で振動する。このときの共振周波数が、所望する既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆであるとする。
次に、先端側ブロック２２が基準となる物性とは異なる物性を備える材料で構成される場合を想定する。あるケースでは、境界Ａ１が基準位置Ｂ１に設けられると、超音波トランスデューサ２０の振動による共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも低くなることがある。境界Ａ１が基準位置Ｂ１からの距離を適切に調整した位置Ｂ２に設けられるように加工することで、超音波トランスデューサ２０は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する。別のケースでは、境界Ａ１が基準位置Ｂ１に設けられると、超音波トランスデューサ２０の振動による共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも高くなることがある。境界Ａ１が基準位置Ｂ１からの距離を適切に調整した位置Ｂ３に設けられるように加工することで、超音波トランスデューサ２０は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する。
別の例では、境界Ａ１の位置の調整は、部品状態にある先端側ブロック２２あるいは組み立て状態にある現品（超音波トランスデューサ２０）に実施されてもよい。この場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆとなるように、先端側ブロック２２は、境界Ａ１の位置を調整するために削られる。なお、この例における境界Ａ１の位置の調整は、境界Ａ１の位置を第３部分２２３の先端側へ近づける方向への調整である。つまり、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも低い場合に、境界Ａ１の位置は、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆまで上がるように調整される。
次に、第１の実施形態の効果について説明する。
超音波トランスデューサ２０は、被支持部２５から第３部分２２３の先端までの距離を既定の距離とする条件の下で、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動するように構成される。超音波トランスデューサ２０の先端側ブロック２２を構成する材料の物性がばらついたとしても、超音波トランスデューサ２０は、被支持部２５と先端側ブロック２２の第３部分２２３の先端との間の長手軸Ｌに沿った長さＬ１が常に一定となるように構成される。よって、超音波処置具２を構成する他の部品に超音波トランスデューサ２０を組み付ける際に、他の部品の寸法を変更する必要が生じるといった事態は生じない。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る超音波トランスデューサ２０について説明する。
第２の実施形態は、超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の形状が第１の実施形態と異なる。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる構成について説明する。第２の実施形態において第１の実施形態と同様であってもよい構成については、その説明を省略する。
図１１は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の断面図である。図１１は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。先端側ブロック２２は、基準となる物性を備える材料で構成されているものとする。
先端側ブロック２２は、第１部分２２１と、第２部分２２２と、第３部分２２３とを駆動ユニット３０の先端側から順に長手軸Ｌに沿って有している。第１部分２２１、第２部分２２２及び第３部分２２３は一つの要素として加工されても、それぞれ別要素として加工されてもよい。
第１部分２２１には、上述の被支持部２５及びホーン２６が設けられている。
第１部分２２１は、圧電素子３１に超音波振動を発生させ、基端側ブロック２３及び先端側ブロック２２に超音波振動を伝達した状態で、被支持部２５の位置が超音波振動の節と一致または略一致するように構成されている。その理由は、第１の実施形態で説明した理由と同様である。
第２部分２２２は、第１部分２２１の先端側に連続する。第２部分２２２は、円柱形状である。長手軸Ｌと直交する第２部分２２２の断面形状は、長手軸Ｌに沿って同一または略同一である。
第３部分２２３は、第２部分２２２の先端側に連続する。第３部分２２３は、円柱形状である。長手軸Ｌと直交する第３部分２２３の断面形状は、長手軸Ｌに沿って同一または略同一である。第３部分２２３は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における断面積が前記第２部分２２２と異なるように構成されている。
第３部分２２３の先端は、上述のように、圧電素子３１に超音波振動を発生させ、基端側ブロック２３及び先端側ブロック２２に超音波振動を伝達した状態で、超音波振動の腹と一致または略一致する。
次に、先端側ブロック２２に設けられる第２部分２２２と第３部分２２３との境界（以下、境界Ａ２という）の位置について説明する。境界Ａ２は、長手軸Ｌと直交する仮想平面上にある。
先端側ブロック２２は、圧電素子３１に超音波振動を発生させ、基端側ブロック２３及び先端側ブロック２２に超音波振動を伝達した状態で、境界Ａ２の位置が超音波振動の腹と一致または略一致するように構成されている。その理由は、第１の実施形態で説明した理由と同様である。
長手軸Ｌに沿った被支持部２５から第３部分２２３の先端までの距離をＬ１´とする。
境界Ａ２は、長手軸Ｌに沿った被支持部２５から境界Ａまでの距離がＬ２´となる位置（以下、基準位置Ｃ１）に設けられている。基準位置Ｃ１は、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆとなる位置である。
長手軸Ｌに沿った境界Ａ２から第３部分２２３の先端までの距離をＬ３´とする。Ｌ３´は、超音波振動の腹と一致または略一致する基準位置Ｃ１から超音波振動の腹と一致または略一致する第３部分２２３の先端までの距離に相当する。そのため、Ｌ３´は、超音波振動の半波長の自然数倍である。
Ｌ１´＝Ｌ２´＋Ｌ３´の関係が成り立つ。
図１２は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の斜視図である。
第２部分２２２及び第３部分２２３は、円柱形状である。長手軸Ｌと直交する仮想平面における第２部分２２２の断面積は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における第３部分２２３の断面積よりも大きい。
なお、先端側ブロック２２は、境界Ａ２近傍において、なだらかなに外形が変化するように構成されていてもよい。その理由は、第１の実施形態で説明した理由と同様である。
次に、距離Ｌ１´を一定とする条件下において、境界Ａ２の位置が基準位置Ｃ１とは異なる位置に設けられている超音波トランスデューサ２０の構成について説明する。
図１３は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の断面図である。図１３は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。図１３は、距離Ｌ１´を一定とする条件下において、境界Ａ２の位置が基準位置Ｃ１よりも第３部分２２３の先端側にある超音波トランスデューサ２０を示す。図１３に示す先端側ブロック２２は、図１１に示す先端側ブロック２２と同じく、基準となる物性を備える材料で構成されている。
基準位置Ｃ１よりも第３部分２２３の先端側にある任意の境界Ａ２の位置を位置Ｃ２とする。
長手軸Ｌに沿った被支持部２５から位置Ｃ２までの距離をＬ４´とする。
長手軸Ｌに沿った位置Ｃ２から第３部分２２３の先端までの距離をＬ５´とする。
Ｌ１´＝Ｌ４´＋Ｌ５´の関係が成り立つ。
Ｌ４´は、図２に示すＬ２´よりも長い。Ｌ５´は、図２に示すＬ３´よりも短い。
超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、境界Ａ２が基準位置Ｃ１にある場合よりも、境界Ａ２が基準位置Ｃ１よりも第３部分２２３の先端側の位置Ｃ２にある場合の方が低い。境界Ａ２の位置に応じた超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数の特性については後述する。
図１４は、一例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２の断面図である。図１４は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。図１４は、距離Ｌ１´を一定とする条件下において、境界Ａ２の位置が基準位置Ｃ１よりも被支持部２５側にある超音波トランスデューサ２０を示す。図１４に示す先端側ブロック２２は、図１１に示す先端側ブロック２２と同じく、基準となる物性を備える材料で構成されている。
基準位置Ｃ１よりも被支持部２５側にある任意の境界Ａ２の位置を位置Ｃ３とする。
長手軸Ｌに沿った被支持部２５から位置Ｃ３までの距離をＬ６´とする。
長手軸Ｌに沿った位置Ｃ３から第３部分２２３の先端までの距離をＬ７´とする。
Ｌ１´＝Ｌ６´＋Ｌ７´の関係が成り立つ。
Ｌ６´は、図２に示すＬ２よりも短い。Ｌ７´は、図２に示すＬ３´よりも長い。
超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、境界Ａ２が基準位置Ｃ１にある場合よりも、境界Ａ２が基準位置Ｃ１よりも被支持部２５側の位置Ｃ３にある場合の方が高い。
境界Ａ２の位置に応じた超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数の特性について説明する。
境界Ａ２が基準位置Ｃ１にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆである。境界Ａ２が位置Ｃ２にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも低い。境界Ａ２が位置Ｃ３にある場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも高い。
つまり、距離Ｌ１´を一定とする条件下において、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、境界Ａ２の位置に応じて異なる。具体的には、境界Ａ´の位置が第３部分２２３の先端側から被支持部２５側へ近づくにつれ、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数は、線形的にまたは略線形的に増加する。
このように、第２の実施形態における共振周波数の特性は、第１の実施形態における共振周波数の特性とは逆の特性となる。その理由は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における第２部分２２２の断面積と第３部分２２３の断面積の大小関係が第１の実施形態と第２の実施形態とで逆だからである。
次に、図１５〜図１７を参照して超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２のいくつかの変形例について説明する。以下で説明する先端側ブロック２２の形状は例示にすぎない。先端側ブロック２２は、長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の断面積が第３部分２２３の断面積よりも大きくなるように構成されていれば、本明細書で説明される形状に限定されるものではない。
図１５は、変形例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２を示す断面図である。図１５は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の外周の形は、第３部分２２３の外周の形と同一である。第２部分２２２は柱形状である。第３部分２２３は筒形である。よって、長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の断面積は、第３部分２２３の断面積よりも大きい。長手軸Ｌと直交する仮想平面における第２部分２２２の外周の形は、円形であっても多角形であってもよい。長手軸Ｌと直交する仮想平面における第３部分２２３の外周の形および内周の形は、円形であっても多角形であってもよい。第３部分２２３の外周の形は、第３部分２２３の内周の形の相似形であっても相似形でなくてもよい。
図１６は、変形例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２を示す断面図である。図１６は、長手軸Ｌと略平行な先端側ブロック２２の断面を示す。長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の外周の形は、第３部分２２３の外周の形と同一である。第２部分２２２及び第３部分２２３は筒形である。ただし、長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の外周の形は、第３部分２２３の外周の形よりも小さい。よって、長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の断面積は、第３部分２２３の断面積よりも大きい。
なお、長手軸Ｌと直交する仮想平面における第２部分２２２の外周の形及び内周の形は、円形であっても多角形であってもよい。第２部分２２２の外周の形は、第２部分２２２の内周の形の相似形であっても相似形でなくてもよい。長手軸Ｌと直交する仮想平面における第３部分２２３の外周の形及び内周の形は、円形であっても多角形であってもよい。第３部分２２３の外周の形は、第３部分２２３の内周の形の相似形であっても相似形でなくてもよい。
図１７は、変形例となる超音波トランスデューサ２０を構成する先端側ブロック２２を示す斜視図である。
第２部分２２２は柱形状である。第３部分２２３は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における第３部分２２３の外周の形が第２部分２２２の外周の形の一部を切り欠いた形状となるように構成されている。よって、長手軸Ｌと直交する仮想平面において、第２部分２２２の断面積は、第３部分２２３の断面積よりも大きい。
なお、先端側ブロック２２は、長手軸Ｌと直交する仮想平面における断面の形がより多くの対称軸を有するように構成されていることが好ましい。好ましい一例は、図１２で示した円形である。その理由は、第１の実施形態で説明した理由と同様である。
なお、上述のいくつかの例では、第２部分２２２は、長手軸Ｌと直交する断面形状が長手軸Ｌに沿って同一または略同一であるとしたが、これに限られない。第２部分２２２の全体は、長手軸Ｌに沿ってテーパー形状であってもよい。同様に、第３部分２２３の全体は、長手軸Ｌに沿ってテーパー形状であってもよい。
次に、境界Ａ２の位置の調整について説明する。
一例では、境界Ａ２の位置の調整は、超音波トランスデューサ２０の設計段階や加工寸法の設定時に実施される。境界Ａ２の位置は、先端側ブロック２２を構成する材料の物性と基準となる物性との差に基づいて算出されてもよい。超音波トランスデューサ２０は、境界Ａ２が基準位置Ｃ１から調整された位置に設けられるように加工される。
先端側ブロック２２が基準となる物性を備える材料で構成される場合を想定する。この場合、超音波トランスデューサ２０は、境界Ａ２が基準位置Ｃ１に設けられるように加工される。これにより、超音波トランスデューサ２０は、ある共振周波数で振動する。このときの共振周波数が、所望する既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆであるとする。
次に、先端側ブロック２２が基準となる物性とは異なる物性を備える材料で構成される場合を想定する。あるケースでは、境界Ａ２が基準位置Ｃ１に設けられると、超音波トランスデューサ２０の振動による共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも低くなることがある。境界Ａ２が基準位置Ｃ１からの距離を適切に調整した位置Ｃ３に設けられるように加工することで、超音波トランスデューサ２０は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する。別のケースでは、境界Ａ２が基準位置Ｃ１に設けられると、超音波トランスデューサ２０の振動による共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも高くなることがある。境界Ａ２が基準位置Ｃ１からの距離を適切に調整した位置Ｃ２に設けられるように加工することで、超音波トランスデューサ２０は、既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆで振動する。
別の例では、境界Ａ２の位置の調整は、部品状態にある先端側ブロック２２あるいは組み立て状態にある現品（超音波トランスデューサ２０）に実施されてもよい。この場合、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆとなるように、先端側ブロック２２は、境界Ａ２の位置を調整するために削られる。なお、この例における境界Ａ２の位置の調整は、境界Ａ２の位置を被支持部２５側へ近づける方向への調整である。つまり、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆよりも低い場合に、境界Ａの位置は、超音波トランスデューサ２０の振動における共振周波数が既定の共振周波数Ｆｒｒｅｆまで上がるように調整される。
第２の実施形態に係る超音波トランスデューサ２０は、第１の実施形態で説明したのと同様の効果を得ることができる。
これまで、いくつかの実施形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
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超音波処置システムに関する。
この発明は、超音波トランスデューサの長手軸に沿った寸法を変えることなく既定の共振周波数で振動する超音波トランスデューサ及び超音波処置システムを提供することを目的とする。

Claims (7)

  1. 電気エネルギーが供給されることにより長手軸に沿って超音波振動を発生する圧電素子を備える駆動ユニットと、
    前記長手軸に沿って前記駆動ユニットの第１端側に設けられている基端側ブロックと、
    前記駆動ユニットの前記第１端側とは反対側の第２端側に設けられ、
    圧電素子に隣接している第１部分と、
    前記第１部分に連続する第２部分と、
    前記第２部分に連続し、前記長手軸と直交する仮想平面における断面積が前記第２部分と異なるように構成されている第３部分と、
    を前記駆動ユニットの前記第２端側から順に前記長手軸に沿って有し、
    前記圧電素子に前記超音波振動を発生させ、前記基端側ブロック、前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分に前記超音波振動を伝達した状態で、前記第２部分と前記第３部分との境界の位置が前記超音波振動の腹と一致または略一致するように構成されている先端側ブロックと、
    を備える超音波トランスデューサ。
  2. 前記第1部分には被支持部が設けられ、
    前記長手軸に沿った前記被支持部から前記第３部分の先端までの距離を一定とする条件下において、前記超音波トランスデューサの振動における共振周波数は、前記第２部分と前記第３部分との境界の位置に応じて異なる、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
  3. 前記長手軸と直交する仮想平面における前記第２部分の断面積は、前記長手軸と直交する仮想平面における前記第３部分の断面積よりも小さい、請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
  4. 前記第２部分と前記第３部分との境界の位置が前記第３部分の先端側から前記被支持部側へ近づくにつれ、前記超音波トランスデューサの振動における共振周波数は線形的にまたは略線形的に減少する、請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
  5. 前記長手軸と直交する仮想平面における前記第２部分の断面積は、前記長手軸と直交する仮想平面における前記第３部分の断面積よりも大きい、請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
  6. 前記第２部分と前記第３部分との境界の位置が前記第３部分の先端側から前記被支持部側へ近づくにつれ、前記超音波トランスデューサの振動における共振周波数は線形的にまたは略線形的に増加する、請求項５に記載の超音波トランスデューサ。
  7. 前記長手軸と直交する前記第２部分の断面形状は、前記長手軸に沿って同一または略同一であり、
    前記長手軸と直交する前記第３部分の断面形状は、前記長手軸に沿って同一または略同一である、
    請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
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