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振动产生单元、振动体单元以及声波处置器具

申请号 CN201580022467.9 申请日 2015-07-09 公开(公告)号 CN106457308B 公开(公告)日 2019-07-30
申请人 奥林巴斯株式会社; 发明人 山田将志;
摘要 振动产生单元具备元件单元,所述元件单元具备通过被供给电 力 来产生 超 声波 振动的压电元件。基端侧固定构件从基端方向侧抵接于所述元件单元,并且前端侧固定构件从前端方向侧抵接于所述元件单元,所述元件单元在长边方向上被夹在所述基端侧固定构件与所述前端侧固定构件之间。与所述基端侧固定构件的声阻抗相比,所述前端侧固定构件的声阻抗大。
权利要求

1.一种振动产生单元,具备:
元件单元,其具备通过被供给电来产生声波振动的压电元件并且具有基端和前端,该元件单元从所述基端到所述前端沿长边轴延伸设置;
基端侧固定构件,其从基端方向侧抵接于所述元件单元;
前端侧固定构件,其从前端方向侧抵接于所述元件单元,所述元件单元在平行于所述长边轴的长边方向上被夹在该前端侧固定构件与所述基端侧固定构件之间,并且该前端侧固定构件朝向所述前端方向侧传递由所述元件单元产生的所述超声波振动,该前端侧固定构件的声阻抗比所述基端侧固定构件的声阻抗大;以及
振动传递构件,其与所述元件单元、所述基端侧固定构件和所述前端侧固定构件分离并且抵接于所述前端侧固定构件的前端上,所述振动传递构件从所述前端侧固定构件的前端沿所述长边轴朝向所述前端方向侧延伸,所述振动传递构件用于在比所述前端侧固定构件靠所述前端方向侧的部位从所述前端方向侧连接探头,该探头的前端部具备处置部,该振动传递构件将从所述元件单元通过所述前端侧固定构件传递来的所述超声波振动传递到所述探头,由此使所述超声波振动在所述探头中朝向所述处置部传递,其中,所述压电元件的声阻抗比所述前端侧固定构件的声阻抗和所述基端侧固定构件的声阻抗大,
所述振动产生单元中的纵向振动的波腹与所述基端侧固定构件的基端对齐。
2.根据权利要求1所述的振动产生单元,其特征在于,
所述压电元件产生所述超声波振动,由此使所述元件单元、所述基端侧固定构件以及所述前端侧固定构件在使一个波节位置位于所述元件单元的规定的频率范围内进行振动。
3.根据权利要求2所述的振动产生单元,其特征在于,
在所述元件单元、所述基端侧固定构件以及所述前端侧固定构件在所述规定的频率范围内进行振动的状态下,相当于从作为位于所述元件单元的波节位置的基准波节位置起向所述前端方向侧的振动的四分之一波长的第一长度比相当于从所述基准波节位置起向所述基端方向侧的所述振动的四分之一波长的第二长度小。
4.根据权利要求3所述的振动产生单元,其特征在于,
在所述元件单元、所述基端侧固定构件以及所述前端侧固定构件以所述规定的频率范围内包含的规定的谐振频率进行振动的状态下,在所述长边方向上所述基准波节位置与所述前端侧固定构件的前端之间的尺寸与所述第一长度一致,并且在所述长边方向上所述基准波节位置与所述基端侧固定构件的基端之间的尺寸与所述第二长度一致。
5.根据权利要求4所述的振动产生单元,其特征在于,
在所述元件单元、所述基端侧固定构件以及所述前端侧固定构件在所述规定的频率范围内进行振动的状态下,振动的波腹位置中的最靠基端方向侧的最基端波腹位置位于所述基端侧固定构件的所述基端。
6.根据权利要求2所述的振动产生单元,其特征在于,
在将所述长边方向上所述元件单元的所述前端与所述基端之间的中央位置设为元件中央位置的情况下,所述压电元件在所述长边方向上以所述元件中央位置为中心对称地配置。
7.根据权利要求6所述的振动产生单元,其特征在于,
在所述元件单元、所述基端侧固定构件以及所述前端侧固定构件以所述规定的频率范围内包含的规定的谐振频率进行振动的状态下,作为位于所述元件单元的波节位置的基准波节位置与所述元件中央位置一致。
8.根据权利要求1所述的振动产生单元,其特征在于,
与所述基端侧固定构件的密度和声音相比,所述前端侧固定构件的密度和声音的传播速度中的至少一方大。
9.根据权利要求1所述的振动产生单元,其特征在于,
与所述基端侧固定构件的垂直于所述长边轴的截面积相比,所述前端侧固定构件的垂直于所述长边轴的截面积大。
10.一种振动体单元,具备:
根据权利要求1所述的振动产生单元;以及
所述探头,其被连接于所述振动产生单元的所述振动传递构件。
11.一种超声波处置器具,具备:
根据权利要求10所述的振动体单元;以及
保持单元,所述探头从该保持单元的内部朝向所述前端方向侧延伸设置,且该保持单元能够保持所述探头。

说明书全文

振动产生单元、振动体单元以及声波处置器具

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具备通过被供给电来产生超声波振动的压电元件的振动产生单元。另外,涉及一种具备该振动产生单元的振动体单元以及具备该振动体单元的超声波处置器具。

背景技术

[0002] 在专利文献1中公开了一种使用超声波振动来对生物体组织等处置对象进行处置的超声波处置器具。在该超声波处置器具中,设置有通过被供给电力来产生超声波振动的多个压电元件。所产生的超声波振动通过波导管被传递到末端执行器。作为基端侧固定构件的后质量从基端方向侧抵接于包括压电元件的元件单元,作为前端侧固定构件的前质量块从前端方向侧抵接于包括压电元件的元件单元。即,元件单元(压电元件)在长边方向上被夹在后质量块与前质量块之间。
[0003] 专利文献1:国际公开2011/005467号公报

发明内容

[0004] 发明要解决的问题
[0005] 关于如所述专利文献1那样的超声波处置器具,在包括压电元件(元件单元)、基端侧固定构件(后质量块)以及前端侧固定构件(前质量块)的振动产生单元的前端方向侧连接有具备处置部的探头(振动传递构件)。在此,在由材料等材料制造探头(波导管)的过程中,材料的物理性质(特别是杨氏模量)易于发生变动。因此,制造的每个探头在材料的物理性质上产生偏差。由于每个探头在材料的物理性质上产生偏差,因此在由振动产生单元和探头形成的振动体单元中,通过超声波振动而进行振动的状态下的谐振频率与探头的材料的物理性质相对应地发生变化。即,每个振动体单元(部件)在振动的谐振频率上产生偏差。
[0006] 另外,关于振动产生单元,在基端侧固定构件与元件单元(压电元件)的边界处和元件单元与前端侧固定构件的边界处,材料的物理性质(声特性阻抗)发生变化。因此,在振动体单元通过超声波振动而进行振动的状态下,振动的振幅在基端侧固定构件与元件单元之间发生变化,并且振动的振幅在元件单元与前端侧固定构件之间发生变化。元件单元中的振幅相对于基端侧固定构件中的振幅的变幅比和前端侧固定构件中的振幅相对于元件单元中的振幅的变幅比与振动体单元的谐振频率相对应地变化。因此,由于每个振动体单元(部件)在振动的谐振频率上产生偏差,因此导致每个振动体单元(部件)在元件单元中的振幅相对于基端侧固定构件中的振幅的变幅比和前端侧固定构件中的振幅相对于元件单元中的振幅的变幅比上产生偏差。因此,探头(即,比前端侧固定构件靠前端侧的部位)中的振动的振幅按每个振动体单元(部件)产生偏差,处置性能与形成探头的材料的物理性质相对应地发生变化。
[0007] 本发明是着眼于上述问题而完成的,其目的在于提供一种即使在振动的谐振频率按每个振动体单元产生偏差的情况下也能够减少探头(处置部)中的振幅的偏差的振动产生单元。另外,本发明的目的在于提供一种具备该振动产生单元的振动体单元以及超声波处置器具。
[0008] 用于解决问题的方案
[0009] 为了实现上述目的,本发明的某个方式的振动产生单元具备:元件单元,其具备通过被供给电力来产生超声波振动的压电元件并且具有基端和前端,该元件单元从所述基端到所述前端沿长边轴延伸设置;基端侧固定构件,其从基端方向侧抵接于所述元件单元;以及前端侧固定构件,其从前端方向侧抵接于所述元件单元,所述元件单元在平行于所述长边轴的长边方向上被夹在该前端侧固定构件与所述基端侧固定构件之间,并且该前端侧固定构件朝向所述前端方向侧传递由所述元件单元产生的所述超声波振动,该前端侧固定构件的声阻抗比所述基端侧固定构件的声阻抗大。
[0010] 发明的效果
[0011] 根据本发明,能够提供一种即使在振动的谐振频率按每个振动体单元产生偏差的情况下也能够减少探头(处置部)中的振幅的偏差的振动产生单元。另外,能够提供一种具备该振动产生单元的振动体单元以及超声波处置器具。附图说明
[0012] 图1是示出第一实施方式所涉及的超声波处置系统的概要图。
[0013] 图2是概要地示出第一实施方式所涉及的振子单元的结构的截面图。
[0014] 图3是示出第一实施方式所涉及的振动产生单元的结构的概要图。
[0015] 图4是说明第一实施方式所涉及的振动体单元在规定的频率范围内进行纵向振动的状态下的、振动产生单元中的纵向振动的概要图。
[0016] 图5是说明比较例所涉及的振动体单元在规定的频率范围内进行纵向振动的状态下的、振动产生单元中的纵向振动的概要图。
[0017] 图6是示出第一实施方式和比较例中谐振频率在规定的频率范围内发生变化的情况下的第二距离比率与谐振频率的关系的概要图。
[0018] 图7是示出第一实施方式和比较例中的第二变幅比与第二距离比率的关系的概要图。
[0019] 图8是示出第一实施方式中谐振频率在规定的频率范围内发生变化的情况下的第一距离比率与谐振频率的关系和比较例中谐振频率在规定的频率范围内发生变化的情况下的比较距离比率与谐振频率的关系的概要图。
[0020] 图9是示出第一实施方式中的第一变幅比与第一距离比率的关系和比较例中的比较变幅比与比较距离比率的关系的概要图。
[0021] 图10是示出第一变形例所涉及的振动产生单元的结构的概要图。
[0022] 图11是示出第一变形例中的第一变幅比、物理性质变幅要素以及截面积变幅要素与第一距离比率的关系的概要图。
[0023] 图12是示出第二变形例所涉及的振动产生单元的结构的概要图。

具体实施方式

[0024] (第一实施方式)
[0025] 参照图1至图9来说明本发明的第一实施方式。
[0026] 图1是示出本实施方式的超声波处置系统1的图。如图1所示,超声波处置系统1具备超声波处置器具2。超声波处置器具2具有长边轴C。在此,将与长边轴C平行的两个方向设为长边方向。另外,长边方向中的一个方向是前端方向(图1的箭头C1的方向),与前端方向相反的方向是基端方向(图1的箭头C2的方向)。
[0027] 超声波处置器具2具备振子单元3、能够由手术操作者等保持的保持单元5、护套6、钳口(把持构件)7以及探头(前端侧振动传递构件)8。保持单元5具备:壳体主体部11,其沿长边轴C延伸设置;固定手柄12,其从壳体主体部11朝向与长边轴C交叉的某个方向延伸设置;以及可动手柄13,其以能够转动的方式安装于壳体主体部11。可动手柄13相对于壳体主体部11进行转动,由此可动手柄13相对于固定手柄12打开或关闭。在壳体主体部11的前端方向侧连结有作为旋转操作输入部的旋转操作旋钮15。旋转操作旋钮15能够以长边轴C为中心相对于壳体主体部11进行旋转。另外,在壳体主体部11安装有作为能量操作输入部的能量操作按钮16。
[0028] 护套6以从前端方向侧插入到旋转操作旋钮15的内部和壳体主体部11的内部的状态连结于保持单元5。另外,钳口7以能够转动的方式安装于护套6的前端部。探头8从壳体主体部11的内部穿过护套6的内部而朝向前端方向侧延伸设置。在本实施方式中,探头8的中心轴与长边轴C一致,探头8从基端到前端沿长边轴C延设设置。在探头8的前端部设置有处置部17。探头8以处置部17从护套6的前端朝向前端方向侧突出的状态贯穿护套6。通过使作为开闭操作输入部的可动手柄13相对于固定手柄12进行打开动作或关闭动作,护套6的可动部(未图示)沿长边轴C移动,从而钳口7进行转动。通过钳口7进行转动,钳口7相对于探头8的处置部17进行打开动作或关闭动作。另外,护套6、钳口7以及探头8能够与旋转操作旋钮
15一起以长边轴C为中心相对于壳体主体部11进行旋转。
[0029] 图2是示出振子单元3的结构的图。如图1和图2所示,振子单元3具备形成振子单元3的外壳的振子壳体21。振子壳体21以从基端方向侧插入到壳体主体部11的内部的状态连结于保持单元5。另外,在壳体主体部11的内部,振子壳体21以能够与护套6分离的方式连结于护套6。线缆18的一端连接于振子壳体21。在超声波处置系统1中,线缆18的另一端以能够与能量源单元10分离的方式连接于能量源单元10。在此,能量源单元10例如是医疗用的能量控制装置,具备电源、交流转换电路(均未图示)等。另外,能量源单元10具备控制电力的输出的控制部(未图示)。控制部具备包括CPU(Central Processing Unit:中央处理单元)或ASIC(application specific integrated circuit:专用集成电路)的处理器以及存储器等存储部(未图示)。
[0030] 另外,关于振子单元3,在振子壳体21的内部设置有振动产生单元(超声波换能器)22。振动产生单元22被振子壳体21支承。振动产生单元22具备棒状构件(基端侧振动传递构件)23。在本实施方式中,棒状构件23的中心轴与长边轴C一致,棒状构件23从基端到前端沿长边轴C延伸设置。在壳体主体部11的内部,棒状构件23的前端以能够与探头8的基端分离的方式连接于探头8的基端。通过将棒状构件23连接于探头8,来将探头8连结于振动产生单元22的前端方向侧。此外,在探头8连结于振动产生单元22的状态下,振动产生单元22能够与探头8一起以长边轴C为中心相对于壳体主体部11进行旋转。
[0031] 在棒状构件23中形成有垂直于长边轴C的截面积随着趋向前端方向而减少的锥状的变幅杆(截面积减少部)25。另外,在棒状构件23中,在比变幅杆25靠基端方向侧的位置设置有元件安装部26。在振动产生单元22中,对元件安装部26安装元件单元31、作为基端侧固定构件的后质量块32以及作为前端侧固定构件的前质量块33。元件单元31、后质量块32以及前质量块33形成为环状,元件安装部26按前质量块33、元件单元31以及后质量块32的顺序贯穿这些构件,由此将元件单元31、后质量块32以及前质量块33安装于元件安装部26。
[0032] 元件单元31具有基端和前端,从基端到前端沿长边轴C延伸设置。在本实施方式中,元件单元31以与长边轴C同轴的方式设置。在元件单元31的基端抵接有后质量块32,在元件单元31的前端抵接有前质量块33。即,后质量块32从基端方向侧抵接于元件单元31,前质量块33从前端方向侧抵接于元件单元31。因此,元件单元31在平行于长边轴C的长边方向上被夹在后质量块(基端侧固定构件)32与前质量块(前端侧固定构件)33之间。
[0033] 图3是示出振动产生单元22的结构的图。如图2和图3所示,元件单元31具备多个(在本实施方式中为6个)压电元件35A~35F、第一电极构件36以及第二电极构件37。在振动产生单元22的长边方向上,各个压电元件35A~35F被夹在第一电极构件36与第二电极构件37之间。电配线部38A的一端连接于第一电极构件36,电配线部38B的一端连接于第二电极构件37。电配线部38A、38B穿过线缆18的内部地延伸设置,电配线部38A的另一端和电配线部38B的另一端电连接于能量源单元10的交流转换电路(未图示)。
[0034] 另外,在保持单元5的内部设置有开关部(未图示)。开关部的开闭状态与用能量操作按钮16进行的能量操作的输入相对应地被切换。开关部经由穿过振子单元3和线缆18的内部地延伸设置的信号路径部(未图示)而电连接于能量源单元10的控制部(未图示)。控制部通过对开关部的开闭状态进行检测来对用能量操作按钮16进行的能量操作的输入进行探测。基于探测出能量操作的输入来从能量源单元10输出电力。通过从能量源单元10输出电力(交流电力)来对第一电极构件36与第二电极构件37之间施加电压。通过对第一电极构件36与第二电极构件37之间施加的电压来使电流(交流电流)流过夹在第一电极构件36与第二电极构件37之间的各个压电元件35A~35F,各个压电元件35A~35F将电流转换为超声波振动。即,各个压电元件35A~35F通过被供给电力(电能)来产生超声波振动。
[0035] 所产生的超声波振动从元件单元31通过前质量块33朝向前端方向侧传递。然后,超声波振动从前质量块33通过棒状构件23向探头8传递。此时,在变幅杆25中,振动的振幅被扩大。然后,在探头8中超声波振动朝向处置部17传递。处置部17使用被传递来的超声波振动对生物体组织等处置对象进行处置。由振动产生单元22和探头8形成振动体单元20,该振动体单元20在超声波振动朝向处置部17传递的状态下通过超声波振动而进行振动。在超声波振动朝向处置部17传递的状态下,振动体单元20进行振动方向与长边轴C(长边方向)平行的纵向振动。在本实施方式中,振动体单元20的基端由后质量块32的基端(棒状构件23的基端)形成,振动体单元20的前端由探头8的前端形成。
[0036] 另外,将元件单元31的在长边方向上的前端与基端之间的中央位置设为元件中央位置M。在本实施方式中,压电元件35A~35F在长边方向上以元件中央位置M为中心对称地配置。因此,在元件单元31中,3个压电元件35A~35C配置在比元件中央位置M靠前端方向侧的位置,3个压电元件35D~35F配置在比元件中央位置M靠基端方向侧的位置。另外,压电元件35A~35F以元件中央位置M为中心对称地配置,因此从元件中央位置M到元件单元31的前端的尺寸(第一单元尺寸)d1与从元件中央位置M到元件单元31的基端的尺寸(第二单元尺寸)d2相等(大致相等)。
[0037] 将元件单元31的垂直于长边轴C(超声波振动的传递方向)的截面积(元件截面积)设为S0。另外,将前质量块33的垂直于长边轴C(超声波振动的传递方向)的截面积(第一构件截面积)设为S1,将后质量块32的垂直于长边轴C(超声波振动的传递方向)的截面积(第二构件截面积)设为S2。在本实施方式中,元件单元31的截面积S0与前质量块33的截面积S1相等(大致相等),并且元件单元31的截面积S0与后质量块32的截面积S2相等(大致相等)。因而,在本实施方式中,前质量块33的截面积(第一构件截面积)S1与后质量块32的截面积(第二构件截面积)S2相等(大致相等)。
[0038] 另外,在本实施方式中,从元件单元31的元件中央位置M到前质量块33的前端的尺寸(第一安装尺寸)L1比从元件中央位置M到后质量块32的基端的尺寸(第二安装尺寸)L2小。如上所述,从元件中央位置M到元件单元31的前端的尺寸d1与从元件中央位置M到元件单元31的基端的尺寸d2相等(大致相等)。因此,前质量块(前端侧固定构件)33的在长边方向上的尺寸(第一构件尺寸)l1比后质量块(基端侧固定构件)32的在长边方向上的尺寸(第二构件尺寸)l2小。
[0039] 形成压电元件35A~35F(元件单元31)的材料具有声特性阻抗(元件声特性阻抗)ζ0。另外,形成前质量块33的材料具有声特性阻抗(第一构件声特性阻抗)ζ1,形成后质量块
32的材料具有声特性阻抗(第二构件声特性阻抗)ζ2。在此,形成部件的材料(物质)的声特性阻抗ζ是根据材料的密度ρ和声音在材料中的传播速度c决定的值,使用材料的密度ρ和杨氏模量E如式(1)那样定义声特性阻抗ζ。
[0040] [式1]
[0041]
[0042] 因而,声特性阻抗(特性阻抗)ζ是由形成部件的材料决定的物理性质值,声特性阻抗(特性阻抗)ζ按每种材料(物质)具有固有的值。压电元件33A~35F(元件单元31)的声特性阻抗ζ0比前质量块33的声特性阻抗ζ1和后质量块32的声特性阻抗ζ2大。另外,在本实施方式中,形成前质量块33的材料的声特性阻抗ζ1比形成后质量块32的材料的声特性阻抗ζ2大。因而,与形成后质量块32的材料的密度ρ和声音的传播速度c相比,形成前质量块33的材料的密度ρ和声音的传播速度c中的至少一方大。在此,作为形成后质量块32的材料,例如存在超硬(A7075;密度ρ为2.8×103kg/m3,声音的传播速度c为5100m/s,声特性阻抗ζ为1.47
×10 Pa·s/m)。另外,作为形成前质量块33的材料,例如存在64钛合金(Ti-6Al-4V;密度ρ为4.4×103kg/m3,声音的传播速度c为4900m/s,声特性阻抗ζ为2.2×107Pa·s/m)、作为不锈的一种的SUS420F(密度ρ为7.8×103kg/m3,声音的传播速度c为5300m/s,声特性阻抗ζ为4.1×107Pa·s/m)、以及锆钛酸铅(PZT;密度ρ为7.8×103kg/m3,声音的传播速度c为
2900m/s,声特性阻抗ζ为2.3×107Pa·s/m)。另外,在前质量块33由SUS420F形成的情况下,后质量块32也可以由64钛合金或锆钛酸铅形成。
[0043] 将元件单元31(压电元件35A~35F)的垂直于超声波振动的传递方向(长边轴C)的截面中的声阻抗(元件声阻抗)设为Z0。另外,将前质量块33的垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗(第一构件声阻抗)设为Z1,将后质量块32的垂直于超声波的传递方向的截面中的声阻抗(第二构件声阻抗)设为Z2。在此,使用作为物理性质值的声特性阻抗ζ和部件的垂直于超声波振动的传递方向的截面积S来如式(2)那样定义垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗Z。
[0044] [式2]
[0045] Z=ζ×S   (2)
[0046] 针对元件单元31、后质量块32以及前质量块33如上所述那样设定声特性阻抗ζ和截面积S,因此元件单元31(各个压电元件35A~35F)的垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗Z0比前质量块33的垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗Z1和后质量块32的垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗Z2大。另外,在本实施方式中,前质量块33的垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗Z1比后质量块32的垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗Z2大。此外,声特性阻抗ζ与每单位面积(单位截面积)的声阻抗Z的值一致。
[0047] 接着,对本实施方式的振动产生单元22、振动体单元20以及超声波处置器具2的作用和效果进行说明。在使用超声波处置器具2进行处置时,在保持着保持单元5的状态下将护套6、钳口7以及探头8插入到体内。然后,向钳口7与探头8的处置部17之间配置生物体组织等处置对象。在该状态下,使可动手柄13相对于固定手柄12进行关闭动作,使钳口7相对于处置部17关闭,由此将处置对象把持在钳口7与处置部17之间。在把持有处置对象的状态下,用能量操作按钮16输入能量操作,由此从能量源单元10输出电力,将输出的电力供给到振动产生单元22的压电元件35A~35F。由此,由压电元件35A~35F(元件单元31)产生超声波振动。然后,所产生的超声波振动通过前质量块33和棒状构件23被传递到探头8,在探头8中超声波振动朝向处置部17传递。由此,由振动产生单元22和探头8形成的振动体单元20进行振动方向与长边轴C平行的纵向振动。通过在钳口7与处置部17之间把持有处置对象的状态下使处置部17进行纵向振动,来使处置部17与处置对象之间产生摩擦热。利用摩擦热在使处置对象凝固的同时将该处置对象切开。
[0048] 在进行处置期间,通过能量源单元10的控制部对向压电元件35A~35F供给的电力调整电流的频率、电流值、电压值等。另外,振动体单元20被设计为通过由压电元件35A~35F产生的超声波振动而以规定的谐振频率Frref(例如47kHz)进行振动的状态。关于振动体单元20,具备高价的压电元件35A~35F的振动产生单元22在使用后被进行杀菌处理等而被再利用。另一方面,探头8在使用后被废弃。在此,在由钛材料等材料制造探头8的过程中,材料的物理性质(特别是杨氏模量)易于发生变动。因此,制造的每个探头8在材料的物理性质上产生偏差。每个探头8在材料的物理性质上产生偏差,由此在振动体单元20中,进行振动的状态下的谐振频率Fr与连接于振动产生单元22的探头8的材料的物理性质相对应地发生变化。即,在振动体单元20中,振动的谐振频率Fr与探头8的物理性质相对应地产生偏差,从而振动体单元20未必以规定的谐振频率Frref进行振动。因而,振动体单元20通过由压电元件35A~35F产生的超声波振动而在最小谐振频率Frmin(例如46kHz)以上且最大谐振频率Frmax(例如48kHz)以下的规定的频率范围Δf内进行振动。此外,规定的谐振频率Frref包含在规定的频率范围Δf内。
[0049] 图4是说明振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行纵向振动的状态下的、振动产生单元22中的纵向振动(振动)的图。在图4中示出了以规定的谐振频率Frref进行纵向振动的状态、以最小谐振频率Frmin进行纵向振动的状态以及以最大谐振频率Frmax进行纵向振动的状态的曲线图。在这些曲线图中,横轴表示长边方向上的位置(X),纵轴表示纵向振动的振动状态(V)。在振动体单元20进行纵向振动的状态下,振动体单元20的前端和基端成为自由端。因此,纵向振动的一个波腹位置位于振动体单元20的基端(后质量块32的基端),纵向振动的一个波腹位置位于振动体单元20的前端(探头8的前端)。如图4所示,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行纵向振动的状态下,作为纵向振动的一个波腹位置的波腹位置A1(在图4中用A1ref、A1a、A1b表示)位于后质量块32的基端。在本实施方式中,波腹位置A1是纵向振动的波腹位置中位于最靠基端方向侧的最基端波腹位置。
[0050] 在此,将位于相对于波腹位置A1靠近前端方向侧纵向振动的四分之一波长(λ/4)处的波节位置设为波节位置N1,将位于相对于波腹位置A1靠近前端方向侧纵向振动的二分之一波长(λ/2)处的波腹位置设为波腹位置A2。波节位置N1(在图4中以N1ref、N1a、N1b表示)是纵向振动的波节位置中位于最靠基端方向侧的最基端波节位置,波腹位置A2(在图4中用A2ref、A2a、A2b表示)在纵向振动的波腹位置中位于第二靠近基端方向侧的位置。在振动体单元20以规定的谐振频率Frref进行振动的状态下,波节位置N1ref位于长边方向上的元件单元31的前端与基端之间的中央位置、即元件中央位置M处。另外,在振动体单元20以规定的谐振频率Frref进行振动的状态下,波腹位置A2ref位于前质量块33的前端。此外,将谐振频率Fr为规定的基准频率Frref的状态下的纵向振动的波长λ设为基准波长λref。
[0051] 当谐振频率相对于规定的谐振频率Frref减少时,纵向振动的波长λ相对于基准波长λref增加。因而,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行振动期间,在谐振频率Fr为最小谐振频率Frmin时,波长λ成为最大波长λmax。因此,在谐振频率Fr为最小谐振频率Frmin的状态下,波腹位置A1a位于后质量块32的基端,但波节位置N1a位于比元件中央位置M靠前端方向侧的位置,波腹位置A2a位于比前质量块33的前端靠前端方向侧的位置。但是,即使在谐振频率Fr为最小谐振频率Frmin的情况下,波节位置N1a也位于比前质量块33的基端靠基端方向侧的位置,波节位置N1a也位于元件单元31在长边方向上延伸设置的范围内。另一方面,当谐振频率相对于规定的谐振频率Frref增加时,纵向振动的波长λ相对于基准波长λref减少。因而,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行振动期间,在谐振频率Fr为最大谐振频率Frmax时,波长λ成为最小波长λmin。因此,在谐振频率Fr为最大谐振频率Frmax的状态下,波腹位置A1b位于后质量块32的基端,但波节位置N1b位于比元件中央位置M靠基端方向侧的位置,波腹位置A2a位于比前质量块33的前端靠基端方向侧的位置。但是,即使在谐振频率Fr为最大谐振频率Frmax的情况下,波节位置N1b也位于比后质量块32的前端靠前端方向侧的位置,波节位置N1b也位于元件单元31在长边方向上延伸设置的范围内。
[0052] 如上所述,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行振动的状态下,波节位置N1(在图4中用N1ref、N1a、N1b表示)位于相对于波腹位置A1靠近前端方向侧纵向振动的四分之一波长(λ/4)的位置,波节位置N1位于元件单元31在长边方向上延伸设置的范围内,其中,波腹位置A1位于后质量块32的基端。另外,在振动体单元在规定的频率范围Δf内进行振动的状态下,波腹位置A2(在图4中用A2ref、A2a、A2b表示)位于相对于波腹位置A1靠近前端方向侧纵向振动的二分之一波长(λ/2)的位置,波腹位置A2位于比元件单元31的前端(前质量块33的基端)靠前端方向侧的位置,其中,波腹位置A1位于后质量块32的基端。因而,在以规定的频率范围Δf内的任一谐振频率Fr进行纵向振动期间,均是在纵向振动的波腹位置和波节位置中只有波节位置(基准波节位置)N1在长边方向上位于元件单元31的基端与前端之间。
[0053] 另外,在本实施方式中,如上所述,形成前质量块33的材料的声特性阻抗ζ1比形成后质量块32的材料的声特性阻抗ζ2大,因此与后质量块32的垂直于超声波振动的传递方向(长边轴C)的截面中的声阻抗Z相比,前质量块33的垂直于超声波振动的传递方向(长边轴C)的截面中的声阻抗Z大。前质量块33的声阻抗Z1比后质量块32的声阻抗Z2大,由此在以规定的频率范围Δf内的任一谐振频率Fr进行纵向振动期间,均是波腹位置A2与波节位置N1之间的相当于纵向振动的四分之一波长的长度λ1/4(在图4中用λ1ref/4、λ1max/4、λ1min/4表示)比波腹位置A1与波节位置N1之间的相当于纵向振动的四分之一波长的长度λ2/4(在图4中用λ2ref/4、λ2max/4、λ2min/4表示)小。即,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行振动的状态下,相当于从波节位置(基准波节位置)N1起向前端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度(第一长度)λ1/4比相当于从波节位置(基准波节位置)N1起向基端方向侧的振动的四分之一波长的长度(第二长度)λ2/4小。在振动体单元20以规定的谐振频率Frref进行振动的状态下,相当于从波节位置N1起向前端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度(第一长度)λ1ref/4与从元件单元31的元件中央位置M到前质量块33的前端的尺寸(第一安装尺寸)L1一致,相当于从波节位置N1起向基端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度(第二长度)λ2ref/4与从元件单元31的元件中央位置M到后质量块32的基端的尺寸(第二安装尺寸)L2一致。
[0054] 另外,在本实施方式中,如上所述,在元件单元31与前质量块33的边界(第一边界)B1处和元件单元31与后质量块32的边界(第二边界)B2处,形成部件的材料的声特性阻抗ζ发生变化,垂直于超声波振动的传递方向的截面中的声阻抗Z发生变化。因此,在振动体单元20通过超声波振动而进行振动的状态下,在后质量块32与元件单元31之间纵向振动的振幅发生变化,并且在元件单元31与前质量块33之间纵向振动的振幅发生变化。与元件单元31的声阻抗(声特性阻抗ζ)相比,前质量块33的声阻抗Z(声特性阻抗ζ)小,因此前质量块33中纵向振动的振幅相对于元件单元31中纵向振动的振幅扩大,前质量块(前端侧固定构件)
33中的振幅相对于元件单元31中的振幅的变幅比(第一变幅比)ε1大于1。另一方面,与后质量块32的声阻抗(声特性阻抗ζ)相比,元件单元31的声阻抗Z(声特性阻抗ζ)大,因此元件单元31中纵向振动的振幅相对于后质量块32中纵向振动的振幅缩小,元件单元31中的振幅相对于后质量块(基端侧固定构件)32中的振幅的变幅比(第二变幅比)ε2小于1。此外,优选的是,通过在元件单元31与后质量块32的边界(第二边界)B2处缩小振幅且在元件单元31与前质量块33的边界(第一边界)B1处扩大振幅而使前质量块33中的纵向振动的振幅与后质量块32中的纵向振动的振幅相等。
[0055] 在此,作为比较例,对图5所示的振动产生单元22A进行说明。图5示出了比较例所涉及的由振动产生单元22A和探头8形成的振动体单元(20A)在规定的频率范围Δf内进行纵向振动的状态下的、振动产生单元22A中的纵向振动。图5示出了以规定的谐振频率Frref进行纵向振动的状态、以最小谐振频率Frmin进行纵向振动的状态以及以最大谐振频率Frmax进行纵向振动的状态的曲线图。在这些曲线图中,横轴表示长边方向上的位置(X),纵轴表示纵向振动的振动状态(V)。如图5所示,在比较例所涉及的振动产生单元22A中设置有与第一实施方式的振动产生单元22相同结构的棒状构件23、元件单元31以及后质量块32。但是,在比较例中,代替第一实施方式的前质量块33而设置有前质量块33A。在比较例中,前质量块(前端侧固定构件)33A在长边方向上的尺寸l′1与后质量块32在长边方向上的尺寸l2相等。因而,从元件单元31的元件中央位置M到前质量块33A的前端的尺寸L′1与从元件中央位置M到后质量块32的基端的尺寸L2相等。另外,在本比较例中,前质量块33A的材料的声特性阻抗ζ和垂直于长边轴C的截面积S与后质量块32的材料的声特性阻抗和截面积相等。
因而,前质量块33A的声阻抗Z′1与后质量块32的声阻抗Z2相等。
[0056] 由于是上述那样的结构,因此在比较例中,在以规定的频率范围Δf内的任一谐振频率Fr进行纵向振动期间,均是波腹位置A2(在图5中用A2ref、A2a、A2b表示)与波节位置N1(在图5中用N1ref、N1a、N1b表示)之间的相当于纵向振动的四分之一波长的长度λ′1/4(在图5中用λ′1ref/4、λ′1max/4、λ′1min/4表示)同波腹位置A1(在图5中用A1ref、A1a、A1b表示)与波节位置N1之间的相当于纵向振动的四分之一波长的长度λ2/4(在图5中用λ2ref/4、λ2max/4、λ2min/4表示)相等。即,在比较例中,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行振动的状态下,相当于从波节位置N1起向前端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度λ′1/4与相当于从波节位置N1起向基端方向侧的振动的四分之一波长的长度λ2/4相等。而且,在振动体单元20以规定的谐振频率Frref进行振动的状态下,相当于从波节位置N1ref起向前端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度λ′1ref/4与从元件单元31的元件中央位置M到前质量块33A的前端的尺寸L′1一致,相当于从波节位置N1ref起向基端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度λ2ref/4与从元件单元31的元件中央位置M到后质量块32的基端的尺寸L2一致。
[0057] 在此,在第一实施方式中,将从波节位置(基准波节位置)N1到元件单元31与前质量块33的边界B1的距离Y1(在图4中用Y1ref、Y1a、Y1b表示)相对于相当于从波节位置N1起向前端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度λ1/4的比率设为距离比率(第一距离比率)ξ1。另外,在比较例中,将从波节位置N1到元件单元31与前质量块33A的边界B′1的距离Y′1(在图5中用Y′1ref、Y′1a、Y′1b表示)相对于相当于从波节位置N1起向前端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度λ′1/4的比率设为距离比率(比较距离比率)ξ′1。而且,在比较例中,将前质量块(前端侧固定构件)33A中的振幅相对于元件单元31中的振幅的比率设为变幅比(比较变幅比)ε′1。而且,在第一实施方式和比较例中,将从波节位置(基准波节位置)N1到元件单元31与后质量块32的边界B2的距离Y2(在图4和图5中用Y2ref、Y2a、Y2b表示)相对于相当于从波节位置N1起向基端方向侧的纵向振动的四分之一波长的长度λ2/4的比率设为距离比率(第二距离比率)ξ2。
[0058] 图6示出了在第一实施方式和比较例中谐振频率Fr在规定的频率范围Δf内发生变化的情况下的第二距离比率ξ2与谐振频率Fr的关系,图7示出了第一实施方式和比较例中的第二变幅比ε2与第二距离比率ξ2的关系。图6中的第二距离比率ξ2的变化和图7中的第二变幅比ε2的变化在第一实施方式和比较例中是相同的。在图6中,横轴表示谐振频率(Fr),纵轴表示第二距离比率(ξ2)。在图7中,横轴表示第二距离比率(ξ2),纵轴表示第二变幅比(ε2)。另外,图8示出了第一实施方式中谐振频率Fr在规定的频率范围Δf内发生变化的情况下的第一距离比率ξ1与谐振频率Fr的关系和比较例中谐振频率Fr在规定的频率范围Δf内发生变化的情况下的比较距离比率ξ′1与谐振频率Fr的关系,图9示出了第一实施方式中的第一变幅比ε1与第一距离比率ξ1的关系和比较例中的比较变幅比ε′1与比较距离比率ξ′1的关系。在图8中,横轴表示谐振频率(Fr),纵轴表示第一距离比率(ξ1)和比较距离比率(ξ′1)。而且,用实线表示第一距离比率ξ1的变化,用点划线表示比较距离比率ξ′1的变化。另外,在图9中,横轴表示第一距离比率(ξ1)和比较距离比率(ξ′1),纵轴表示第一变幅比(ε1)和比较变幅比(ε′1)。而且,用实线表示第一变幅比ε1的变化,用点划线表示比较变幅比ε′1的变化。
[0059] 如图4至图6所示,在第一实施方式和比较例中,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行振动时,随着谐振频率Fr增加而纵向振动的波长λ变小且第二距离比率ξ2变小。例如,在以最大谐振频率Frmax进行振动时,第二距离比率ξ2为最小值4/9,在以最小谐振频率Frmin进行振动时,第二距离比率ξ2为最大值4/7。而且,例如在以规定的谐振频率Frref进行振动时,第二距离比率ξ2为1/2。在图6中,用ξ2max表示第二距离比率ξ2的最大值,用ξ2min表示最小值。另外,如图7所示,随着第二距离比率ξ2变大,波节位置(基准波节位置)N1远离后质量块32与元件单元31的边界B2且第二变幅比ε2接近1。由于第二变幅比ε2是小于1的值,因此随着第二距离比率ξ2变大而第二变幅比ε2增加。
[0060] 在此,即使谐振频率Fr发生变化,纵向振动的波腹位置(最基端波腹位置)A1还是位于后质量块32的基端。因此,即使在谐振频率Fr与连接的探头8相对应地发生变化的情况下,第二距离比率ξ2的偏差也小。第二距离比率ξ2的偏差小,由此能够使后质量块32与元件单元31的边界B2处的第二变幅比ε2的偏差也小。
[0061] 如图4、图5以及图8所示,在第一实施方式和比较例中,在振动体单元20在规定的频率范围Δf内进行振动时,随着谐振频率Fr增加而纵向振动的波长λ变小且第一距离比率ξ1和比较距离比率ξ′1变大。在此,即使谐振频率Fr发生变化,纵向振动的波腹位置(最基端波腹位置)A1也位于后质量块32的基端,因此在后质量块32和前质量块33A中声阻抗Z相同的比较例中,比较距离比率ξ′1的偏差比第二距离比率ξ2的偏差大。例如,在以最大谐振频率Frmax进行振动时,比较距离比率ξ′1为最大值4/5,在以最小谐振频率Frmin进行振动时,比较距离比率ξ′1为最小值1/3。另外,例如在以规定的谐振频率Frref进行振动时,比较距离比率ξ′1为1/2。在图8中,用ξ′1max表示比较距离比率ξ′1的最大值,用ξ′1min表示最小值。
[0062] 另外,如图9所示,随着比较距离比率ξ′1变大,波节位置(基准波节位置)N1远离前质量块33A与元件单元31的边界B′1且比较变幅比ε′1接近1。由于比较变幅比ε′1是大于1的值,因此随着比较距离比率ξ′1变大而比较变幅比ε′1减小。在此,在比较例中,由于比较距离比率ξ′1的偏差大,因此前质量块33A与元件单元31的边界B′1处的比较变幅比ε′1的偏差也大。因比较变幅比ε′1的偏差而引起探头8(即,比前质量块33A靠前端侧的部位)中的纵向振动的振幅的偏差也大。
[0063] 因此,在本实施方式中,使前质量块33的声阻抗Z1比后质量块32的声阻抗Z2大,从而使结构相对于比较例发生变化。在本实施方式中也是,随着第一距离比率ξ1变大,波节位置(基准波节位置)N1远离前质量块33与元件单元31的边界B1且第一变幅比ε1接近1。由于第一变幅比ε1是大于1的值,因此随着第一距离比率ξ1变大而第一变幅比ε1减小。在此,在第一实施方式和比较例中,将前质量块(33;33A)的声阻抗(Z1;Z′1)相对于元件单元31的声阻抗Z0的比率设为阻抗比率η。在本实施方式中前质量块33的声阻抗Z(声特性阻抗ζ)比后质量块32的声阻抗大,在比较例中前质量块33A的声阻抗Z′1与后质量块32的声阻抗Z2相等。因此,前质量块33的声阻抗Z1比比较例中的前质量块33A的声阻抗Z′1大,与比较例中的阻抗比率相比,第一实施方式中的阻抗比率η大。
[0064] 另外,在本实施方式中将第一变幅比ε1的变化量相对于第一距离比率ξ1的变化量的比率设为变化量比率α,在比较例中将比较变幅比ε′1的变化量相对于比较距离比率ξ′1的变化量的比率设为变化量比率α。在图9的第一变幅比ε1的变化和比较变幅比ε′1的变化的各变化中,变化量比率α表示斜率的绝对值。随着阻抗比率η变大,即随着前质量块(33;33A)的声阻抗(Z1;Z′1)与元件单元31的声阻抗Z0的差变小,变化量比率α变小。因而,本实施方式中的第一变幅比ε1的变化量相对于第一距离比率ξ1的变化量的变化量比率α1比比较例中的比较变幅比ε′1的变化量相对于比较距离比率ξ′1的变化量的变化量比率α′1小。
实际上,在图9中,第一变幅比ε1的变化的斜率(-α1)与比较变幅比ε′1的变化的斜率(-α′1)相比接近0。
[0065] 如上所述,在本实施方式中,通过使前质量块33中的声阻抗Z(声特性阻抗ζ)比后质量块32中的声阻抗Z(声特性阻抗ζ)大,来使第一变幅比ε1的变化量相对于第一距离比率ξ1的变化量的变化量比率α1变小。因而,即使在由于谐振频率Fr与连接的探头8相对应地发生变化而第一距离比率ξ1产生偏差的情况下,也能够使前质量块33与元件单元31的边界B1处的第一变幅比ε1的偏差小。
[0066] 另外,在本实施方式中,通过使前质量块33中的声阻抗Z比后质量块32中的声阻抗Z大,在以规定的频率范围Δf内的任一谐振频率Fr进行纵向振动期间,均使相当于波腹位置A2与波节位置N1之间的纵向振动的四分之一波长的长度λ1/4比相当于波腹位置A1与波节位置N1之间的纵向振动的四分之一波长的长度λ2/4小。因此,如图8所示,在以规定的频率范围Δf内的任一谐振频率Fr进行纵向振动期间,本实施方式的第一距离变化率ξ1均比比较例的比较距离变化率ξ′1大。即,同比较例的比较距离变化率ξ′1与谐振频率Fr在规定的频率范围Δf内的变化相对应地发生变化的区域相比,在第一距离变化率ξ1与谐振频率Fr在规定的频率范围Δf内的变化相对应地发生变化的区域内,距离变化率的值接近1(值变大)。例如在以最大谐振频率Frmax进行振动时,第一距离比率ξ1为最大值9/10,在以最小谐振频率Frmin进行振动时,第一距离比率ξ1为最小值1/2。另外,例如在以规定的谐振频率Frref进行振动时,第一距离比率ξ1为2/3。在本实施方式中,通过使第一距离变化率ξ1与谐振频率Fr在规定的频率范围Δf内的变化相对应地发生变化的区域接近1,使第一距离比率ξ1的偏差比比较例的比较距离变化率ξ′1的偏差小。例如,比较例的比较距离比率ξ′1在1/3以上4/5以下的范围内产生偏差,与此相对地,本实施方式的第一距离比率ξ1在1/2以上9/10以下的范围内产生偏差。在本实施方式中,能够通过第一距离比率ξ1的偏差变小来进一步减小前质量块33与元件单元31的边界B1处的第一变幅比ε1的偏差。
[0067] 如上所述,在本实施方式中,即使在谐振频率Fr与连接的探头8的物理性质相对应地发生变化的情况下,前质量块33与元件单元31的边界B1处的第一变幅比ε1的偏差和后质量块32与元件单元31的边界B2处的第二变幅比ε2的偏差也小。由于第一变幅比ε1和第二变幅比ε2的偏差变小,因此探头8(即,比前质量块33靠前端方向侧的部位)中的纵向振动的振幅的偏差变小。由此,即使在谐振频率Fr与连接的探头8的物理性质相对应地发生变化的情况下,也能够在探头8的处置部17中将纵向振动的振幅的偏差抑制得小,能够确保稳定的处置性能。
[0068] (变形例)
[0069] 此外,在第一实施方式中,通过使前质量块33中的作为物理性质值的声特性阻抗ζ(声音的传播速度c和密度ρ中的至少一方)比后质量块32中的声特性阻抗ζ(声音的传播速度c和密度ρ中的至少一方)大,来使前质量块33的声阻抗Z1比后质量块32的声阻抗Z大,但并不限于此。例如,作为第一变形例,也可以如图10所示那样使前质量块33的垂直于超声波振动的传递方向(长边轴C)的截面积S1比后质量块32的垂直于超声波振动的传递方向的截面积S2大。在本变形例中,关于前质量块33和后质量块32,形成的材料相同,声特性阻抗ζ(声音的传播速度c和密度ρ)相同。如第一实施方式的式(2)所示那样,声阻抗Z除了与声特性阻抗ζ相对应地发生变化以外,还与垂直于超声波振动的传递方向的截面积S相对应地发生变化。因而,在本变形例中也是,前质量块33中的声阻抗Z比后质量块32中的声阻抗大。此外,元件单元31的垂直于长边轴C的截面积S0与后质量块32的截面积S2相等。因此,前质量块33中垂直于超声波振动的传递方向的截面积S相对于元件单元31中垂直于超声波振动的传递方向的截面积扩大。
[0070] 另外,在本变形例中也是,前质量块33的在长边方向上的尺寸l1比后质量块32的在长边方向上的尺寸l2小。因而,在本变形例中也是,从元件单元31的元件中央位置M到前质量块33的前端的尺寸(第一安装尺寸)L1比从元件中央位置M到后质量块32的基端的尺寸(第二安装尺寸)L2小。而且,在本变形例中也是,通过使前质量块33中的声阻抗Z比后质量块32中的声阻抗大来发挥在第一实施方式中已述的作用和效果。即,即使在谐振频率Fr与连接的探头8的物理性质相对应地发生变化的情况下,前质量块33与元件单元31的边界B1处的第一变幅比ε1的偏差和后质量块32与元件单元31的边界B2处的第二变幅比ε2的偏差也小。
[0071] 在此,与第一实施方式同样地定义第一距离比率ξ1和振幅的第一变幅比ε1。另外,将用于表示前质量块33与元件单元31的边界B1(元件单元31的前端)处的材料的物理性质(声特性阻抗ζ)的变化对振幅的影响的指标值设为物理性质变幅要素εa1,将用于表示前质量块33与元件单元31的边界B1处的截面积S的变化对振幅的影响的指标值设为截面积变幅要素εb1。基于物理性质变幅要素εa1和截面积变幅要素εb1来决定第一变幅比ε1。图11是示出第一变形例中的第一变幅比ε1、物理性质变幅要素εa1以及截面积变幅要素εb1与第一距离比率ξ1的关系的图。在图11中,横轴表示第一距离比率ξ1,纵轴表示第一变幅比ε1、物理性质变幅要素εa1以及截面积变幅要素εb1。另外,在图11中,用实线表示第一变幅比ε1的变化,用点划线表示物理性质变幅要素εa1的变化,用虚线表示截面积变幅要素εb1的变化。
[0072] 如图11所示,随着第一距离比率ξ1变大,波节位置(基准波节位置)N1远离前质量块33与元件单元31的边界B1且第一变幅比ε1、物理性质变幅要素εa1以及截面积变幅要素εb1接近1。在此,前质量块33中的声特性阻抗ζ比元件单元31中的声特性阻抗ζ小,因此在边界B1处,声特性阻抗ζ(材料的物理性质)变化为使纵向振动的振幅扩大的状态。因而,物理性质变幅要素εa1为大于1的值。因此,随着第一距离比率ξ1变大,物理性质变幅要素εa1减少。另一方面,前质量块33的截面积S比元件单元31的截面积S大,因此在边界B1处,截面积S变化为使纵向振动的振幅缩小的状态。因而,截面积变幅要素εb1为小于1的值。因此,随着第一距离比率ξ1变大,截面积变幅要素εb1增加。
[0073] 在本变形例中,在边界B1处,物理性质变幅要素εa1对振幅的影响比截面积变幅要素εb1对振幅的影响大。因而,在边界B1处,纵向振动的振幅扩大,第一变幅比ε1变得大于1。因此,随着第一距离比率ξ1变大,第一变幅比ε1减小。
[0074] 在此,与第一实施方式同样地定义第一变幅比ε1的变化量相对于第一距离比率ξ1的变化量的比率、即变化量比率α。变化量比率α在图11的第一变幅比ε1的变化中表示斜率的绝对值。在本变形例中,前质量块33中的声特性阻抗ζ比元件单元31中的声特性阻抗小,与此相对,前质量块33的截面积S比元件单元31的截面积大。因此,在边界B1处,随着第一距离比率ξ1变大而减小的物理性质变幅要素εa1和随着第一距离比率ξ1变大而增加的截面积变幅要素εb1对振幅的变化施加影响。即,第一变幅比ε1受到图11中的变化特性彼此相反的物理性质变幅要素εa1和截面积变幅要素εb1的影响。因而,本变形例中的第一变幅比ε1的变化量相对于第一距离比率ξ1的变化量的变化量比率α变小。
[0075] 如上所述,在本变形例中,通过使前质量块33中的声阻抗Z(截面积S)比后质量块32中的声阻抗Z(截面积S)大,来使第一变幅比ε1的变化量相对于第一距离比率ξ1的变化量的变化量比率α变小。因而,即使在谐振频率Fr与连接的探头8相对应地发生变化的情况下,也能够减小前质量块33与元件单元31的边界B1处的第一变幅比ε1的偏差。
[0076] 另外,在第一实施方式中,对元件单元31设置了6个(偶数)压电元件35A~35F,但作为第二变形例,也可以如图12所示那样对元件单元31设置5个(奇数)压电元件35A~35E。在本变形例中,元件单元31的在长边方向上的中央位置即元件中央位置M与压电元件35C的在厚度方向上的中央位置一致。在本变形例中,压电元件35A、35B位于比元件中央位置M靠前端方向侧的位置,压电元件35D、35E位于比元件中央位置M靠基端方向侧的位置。
[0077] 在本变形例中也是,前质量块33中的材料的声特性阻抗ζ比后质量块32中的材料的声特性阻抗ζ大,前质量块33中的声阻抗Z比后质量块32中的声阻抗Z大。另外,在本变形例中也是,前质量块33的在长边方向上的尺寸l1比后质量块32的在长边方向上的尺寸l2小。因而,在本变形例中也是,从元件单元31的元件中央位置M到前质量块33的前端的尺寸(第一安装尺寸)L1比从元件中央位置M到后质量块32的基端的尺寸(第二安装尺寸)L2小。
[0078] 另外,也可以将第一实施方式和第一变形例进行组合,使前质量块33中的材料的声特性阻抗ζ比后质量块32中的材料的声特性阻抗ζ大,并且使前质量块33的垂直于超声波振动的传递方向的截面积S比后质量块32的垂直于超声波振动的传递方向的截面积S大。在该情况下也是,基于第一实施方式中的所述式(2),前质量块33的声阻抗Z比后质量块32的声阻抗大。
[0079] 另外,也可以,在超声波处置器具2中,向探头8的处置部17传递超声波振动,并且从能量源单元10向处置部17和钳口7供给高频电力(高频电能),来使处置部17和钳口7作为高频电力的电极而发挥功能。通过使处置部17和钳口7作为电极发挥功能,高频电流流过被把持在钳口7与处置部17之间的处置对象,来使处置对象改性,从而促进其凝固。在该情况下,高频电力通过棒状构件23和探头8向处置部17供给,但棒状构件23与压电元件(35A~35F)之间电绝缘,向处置部17供给的高频电力不会被供给到压电元件(35A~35F)。但是,在该情况下,用于产生超声波振动的电流(交流电流)也被供给到压电元件(35A~35F)。
[0080] 另外,也可以在超声波处置器具2中不设置钳口7。在该情况下,例如从护套6的前端突出的处置部17形成为钩状。在将处置对象挂于钩的状态下,通过超声波振动来使处置部17进行振动,由此切除处置对象。
[0081] 在上述实施方式等(除比较例以外)中,振动产生单元(22)具备元件单元(31),元件单元(31)具备通过被供给电力来产生超声波振动的压电元件(35A~35F;35A~35E)。基端侧固定构件(32)从基端方向侧抵接于元件单元(31),并且前端侧固定构件(33)从前端方向侧抵接于该元件单元(31),元件单元(31)在长边方向上被夹在基端侧固定构件(32)与前端侧固定构件(33)之间。由元件单元(31)产生的超声波振动通过前端侧固定构件(33)朝向前端方向侧传递。前端侧固定构件(33)的声阻抗(Z)比基端侧固定构件(32)的声阻抗大。
[0082] 以上,对本发明的实施方式等进行了说明,但本发明并不限定于所述实施方式等,在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形,这是不言而喻的。
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