(57)【要約】【課題】材料についての制約を少なくし、設計自由度を向上させた超音波振動装置を提供すること。【解決手段】超音波振動装置1に、振動子2と、伝達部4と、接続部6と、加圧部12と、を具備させる。前記振動子2は、超音波振動が励起される部材である。前記伝達部4は、振動子2の振動が伝達される部材である。前記接続部6は、伝達部材4を挟持し、振動子2と伝達部材4とを接続する部材である。前記加圧部12は、前記振動子2に振動が励起されているときに、前記伝達部4と前記接続部6との間に生じる摩擦力が、前記振動子2の振動によって生じる当該振動方向への力よりも大きな力となるように、前記接続部6を前記伝達部4に向かって押圧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動が励起される振動子と、
前記振動子の振動が伝達される伝達部材と、
前記伝達部材を挟持し、前記振動子と前記伝達部材とを接続する接続部材と、
前記振動子に振動が励起されているときに、前記伝達部材と前記接続部材との間に生じる摩擦力が、前記振動子の振動によって生じる当該振動方向への力よりも大きな力となるように、前記接続部材を前記伝達部材に向かって押圧する押圧部材と、
を具備することを特徴とする超音波振動装置。
【請求項２】
前記押圧部材は、前記接続部材を前記伝達部材に向かって締め付ける為の締め付け部材である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
【請求項３】
前記締め付け部材は、当該締め付けに係る力を調節可能な部材である
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波振動装置。
【請求項４】
前記締め付け部材は螺合部材である
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波振動装置。
【請求項５】
前記接続部のうち前記押圧部材によって押圧力が印加される部位は、前記振動子の振動によって前記振動子と前記接続部材とに励起された縦振動の腹に対応する部位である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
【請求項６】
前記伝達部材は、断面円形状の長尺部材であり、
前記接続部材は、前記伝達部材を挟持する第１の部材と第２の部材とから成り、
前記第１の部材及び前記第２の部材のうち少なくとも一方には、前記伝達部材を収容する溝部が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
【請求項７】
前記溝部は、前記長尺部材に沿って形成された断面Ｖ字、Ｕ字、コの字形状を呈する溝部である
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波振動装置。
【請求項８】
前記伝達部材は、断面円形状の長尺部材であり、
前記接続部材は、前記伝達部材を収容する中空部位が形成された略筒状の部材であって、その側周面には長手方向に沿って前記中空部位と一体を成す切り欠け部位が形成されており、
前記押圧部材は、前記接続部材の前記切り欠け部位に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電素子等の超音波振動子を具備する超音波振動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動を伝達する振動伝達手段は、超音波振動を利用する各種装置に用いられている。このような装置としては、例えば特許文献１に次のような超音波手術用プローブが開示されている。この特許文献１に開示されている超音波手術用プローブにおいては、超音波振動子が発振する超音波振動を、接続部材を介して先端部材に伝達し、この先端部材により生体の患部を治療する。換言すれば、前記接続部材は振動伝達手段として機能している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３４７０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されている超音波手術用プローブは、術者の手元側の部分が、前記接続部材の内部に挿入されると共に当該挿入部分が溶接されて接続部材に接合されている。このように、特許文献１に開示されている技術では、振動伝達手段として機能する接続部材を、他の部位に対して溶接により接合しなくてはならない。
つまり、特許文献１に開示されている技術は、材料が溶接可能な材料に限定されるという構成上の制約に起因して、適用分野の限定や設計自由度の低下という問題が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、材料についての制約を少なくし、設計自由度を向上させた超音波振動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による超音波振動装置は、
超音波振動が励起される振動子と、
前記振動子の振動が伝達される伝達部材と、
前記伝達部材を挟持し、前記振動子と前記伝達部材とを接続する接続部材と、
前記振動子に振動が励起されているときに、前記伝達部材と前記接続部材との間に生じる摩擦力が、前記振動子の振動によって生じる当該振動方向への力よりも大きな力となるように、前記接続部材を前記伝達部材に向かって押圧する押圧部材と、
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、材料についての制約を少なくし、設計自由度を向上させた超音波振動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る超音波振動装置の構成例を示す側面断面図である。
【図２】図２は、図１に示す超音波振動装置において加圧部を具体化した構成例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す超音波振動装置において加圧部を具体化した構成例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【図７】図７は、振動時の本一実施形態に係る超音波振動装置の各構成部材間に作用する力を示す図である。
【図８】図８は、第１変形例に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【図９】図９は、第１変形例に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【図１０】図１０は、第１変形例に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【図１１】図１１は、本第２変形例に係る超音波振動装置の構成例を示す側面断面図である。
【図１２】図１２は、第３変形例に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【図１３】図１３は、第３変形例に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る超音波振動装置について説明する。図１は、本一実施形態に係る超音波振動装置の構成例を示す側面断面図である。
図１に示すように、超音波振動装置１は、振動子２と、伝達部４と、接続部６と、加圧部１２と、を具備する。
【００１０】
前記振動子２は、例えば圧電素子等の超音波振動子である。前記伝達部４は、振動子２に励起された超音波振動を長距離伝達する為の長尺部材である。前記接続部６は、振動子２と伝達部４とを接続する為の部材であり、伝達部４を挟持する為の一方挟持部位６ａと他方挟持部位６ｂとを備える。前記加圧部１２は、振動が励起されている振動子２において、伝達部４と接続部６との間に生じる摩擦力が、振動子２によって伝達部４に印加される振動方向への力（伝達部４が変位する方向への力）よりも大きな力となるように、接続部６を伝達部４に向かって押圧する。
【００１１】
図２及び図３は、図１に示す超音波振動装置１において加圧部１２を具体化した構成例を示す図である。図２及び図３に示すように、加圧部１２としては、例えば螺子等の螺合部材１２ｓを用いる。この螺合部材１２ｓが設けられている位置は、図３に示すように、振動子２と接続部６とに励起される縦振動の腹に対応する位置ｐ１である。
【００１２】
図４乃至図６は、本発明の一実施形態に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。図４に示す例では、断面円形状の伝達部４を挟持する接続部６の一方挟持部位６ａにのみ、伝達部４を収容する為の断面Ｖ字形状を呈する溝部ｇ１を形成し、他方挟持部位６ｂは平面として構成している。図５に示す例では、伝達部４を挟持する接続部６の一方挟持部位６ａにのみ、伝達部４を収容する為の断面Ｕ字形状を呈する溝部ｇ２を形成し、他方挟持部位６ｂは平面として構成している。図６に示す例では、伝達部４を挟持する接続部６の一方挟持部位６ａにのみ、伝達部４を収容する為の断面コ字形状を呈する溝部ｇ３を形成し、他方挟持部位６ｂは平面として構成している。
【００１３】
ここで、伝達部４を挟持している一方挟持部位６ａと他方挟持部位６ｂとは、図４乃至図６に示すように螺合部材１２ｓによって締結されている。前記伝達部４には、螺合部材１２ｓで締め込まれた一方挟持部位６ａと他方挟持部位６ｂとによって、所定の力（図７を参照して詳述する）が印加されている。この螺合部材１２ｓの締め込み度合いにより、接続部６（一方挟持部位６ａと他方挟持部位６ｂ）を、伝達部４に対して押圧（加圧）する力を調節することができる。
【００１４】
図７は、振動時の本一実施形態に係る超音波振動装置１の各構成部材間に作用する力を示す図である。図７において、符号Ｆが付された矢印は“振動子２に励起された超音波振動によって発生して伝達部４に作用する力”を示し、符号μＮが付された矢印は、μを“伝達部４と接続部６との接触面における摩擦係数”とした場合に“伝達部４と接続部６との間に作用する摩擦力”を示し、符号Ｎが付された矢印は“接続部６が伝達部４を挟持する力”を示している。
【００１５】
ここで、超音波振動装置１の駆動時において、上述の力Ｆと摩擦力μＮとが下記の関係を満たすように、上述の力Ｎの値が設定されている。すなわち、
μＮ＞Ｆ
を満たすように、接続部６が伝達部４を挟持する（押圧する）。
つまり、振動子２に超音波振動が励起されたときに、“超音波振動で発生する力（Ｆ）”の値よりも“接続部６と伝達部４との接触部位における摩擦力（μＮ）”の値が大きくなるような力で、接続部６で伝達部４を挟持する。
【００１６】
上述したように構成することで、溶接工程を不要とすることができる。換言すれば、溶接不可能な材料を用いて、振動子２の振動を確実に伝達することができる接続部６を提供することができる。
【００１７】
以上説明したように、本一実施形態によれば、材料についての制約を少なくし、設計自由度を向上させた超音波振動装置を提供することができる。
ところで、特許文献１に開示されている技術のように、振動を伝達する部材に溶接が施されている場合、伝達している振動の振動状態が、当該溶接部位において変化してしまい、このことに起因して不具合が生じる可能性がある。一方、本一実施形態に係る超音波振動装置によれば、溶接部位が存在しない為、そのような不具合が生じることが無い。
【００１８】
なお、本一実施形態に係る超音波振動装置は、例えば超音波振動を用いた遠隔駆動のアクチュエータや、超音波振動を用いた処置具等に適用することができる。
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
[第１変形例]
以下、上述した一実施形態の第１変形例に係る超音波振動装置について説明する。重複した説明を避ける為、上述した一実施形態に係る超音波振動装置との相違点である“接続部６による伝達部４の挟持態様”を説明する。図８乃至図１０は、第１変形例に係る超音波振動装置を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。
【００１９】
図８に示す例では、伝達部４を収容する為の断面Ｖ字形状を呈する溝部ｇ１を、接続部６の一方挟持部位６ａ及び他方挟持部位６ｂの双方に互いに対向する態様で形成している。図９に示す例では、伝達部４を収容する為の断面Ｕ字形状を呈する溝部ｇ２を、接続部６の一方挟持部位６ａ及び他方挟持部位６ｂの双方に互いに対向する態様で形成している。図１０に示す例では、伝達部４を収容する為の断面コ字形状を呈する溝部ｇ３を、接続部６の一方挟持部位６ａ及び他方挟持部位６ｂの双方に互いに対向する態様で形成している。
【００２０】
以上説明したように、本第１変形例によれば、上述の一実施形態に係る超音波振動装置と同様の効果を奏する超音波振動装置を提供することができる。
[第２変形例]
以下、上述した一実施形態の第２変形例に係る超音波振動装置について説明する。重複した説明を避ける為、上述した一実施形態に係る超音波振動装置との相違点である“接続部６による伝達部４の挟持態様”を説明する。図１１は、本第２変形例に係る超音波振動装置の構成例を示す側面断面図である。
【００２１】
図１１に示すように、本第２変形例に係る超音波振動装置１では、振動子２の超音波振動によって、振動子２と接続部６とに励起された縦振動の腹に対応する部位のみにおいて伝達部４を接続部６によって挟持し、且つ、螺合部材１２ｓによる締結で、接続部６を伝達部４に対して押圧する。
【００２２】
以上説明したように、本第２変形例によれば、上述の一実施形態に係る超音波振動装置と同様の効果を奏する上に、振動子２と接続部６とに励起された縦振動における腹位置近傍のみを直接的に挟持することで、振動の伝達効率をより向上させることができる超音波振動装置を提供することができる。
[第３変形例]
以下、上述した一実施形態の第３変形例に係る超音波振動装置について説明する。重複した説明を避ける為、上述した一実施形態に係る超音波振動装置との相違点である“接続部６による伝達部４の挟持態様”を説明する。図１２及び図１３は、第３変形例に係る超音波振動子を、図２及び図３において矢印Ｄで示す方向から観た図（正面図）である。図１２及び図１３に示す例では、接続部６は、伝達部４を収容する中空部位が形成された略筒状の部材であって、その側周面には長手方向に沿って中空部位と一体を成す切り欠け部位６ｃが形成されている。そして、この接続部６の中空部位６ｈは、断面略円形状の長尺部材である伝達部４を挟持する態様（例えば寸法及び形状）に形成されている。
【００２３】
詳細には、図１２に示す例では中空部位６ｈは伝達部４に対して３箇所で線接触（加圧時は面接触）する態様に形成されている。図１３に示す例では、中空部位６ｈは４箇所で線接触（加圧時は面接触）する態様に形成されている。
図１２及び図１３に示すように、加圧部としては螺子等の螺合部材１２ｓが、切り欠け部位６ｃに設けられている。この螺合部材１２ｓが設けられている位置は、振動子２と接続部６とに励起される縦振動の腹に対応する位置である。この螺合部材１２ｓによって、切り欠け部位６ｃを適宜締めつけることで、接続部６が伝達部４を挟持する力を調節することができる。
【００２４】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００２５】
１…超音波振動装置、  ２…振動子、  ４…伝達部、  ６…接続部、  ６ａ…一方挟持部位、  ６ｂ…他方挟持部位、  ６ｈ…中空部位、  ６ｃ…切り欠け部位、  １２…加圧部、  １２ｓ…螺合部材、  ｇ１…溝部、  ｇ２…溝部、  ｇ３…溝部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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