WO2023132143A1 - 超音波発生装置及び超音波発生システム - Google Patents

超音波発生装置及び超音波発生システム Download PDF

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WO2023132143A1
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ultrasonic wave
waveguide
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伸介 伊藤
広大 横山
諭 鈴木
遼 鈴木
崇 笠島
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Niterra Co Ltd
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    • G10K11/28—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using reflection, e.g. parabolic reflectors

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic generator and an ultrasonic generation system.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique in which a plane wave generated by vibration of piezoelectric ceramics is focused by an ultrasonic focusing unit, propagated to a waveguide with a small diameter, and output from the tip of the waveguide (p7 " 2. Proposed structure” (see Fig. 2(a)).
  • Non-Patent Document 1 discloses a configuration in which a through-hole is formed in the ultrasonic wave focusing portion and the waveguide so as to pass through the ultrasonic wave focusing portion and the waveguide (Fig. (b) (c) reference).
  • the through-hole can be used, for example, by applying ultrasonic waves to the liquid flowing through the through-hole, sensing the vicinity of the tip of the waveguide through a sensor, and aspirating crushed tissue by ultrasonic waves output from the tip of the waveguide. It is envisioned that it will be used as a route to
  • Non-Patent Document 1 is not sufficiently devised for the shape of the through-hole, and there is room for improvement in this respect.
  • the purpose of the present invention is to provide a technique that can give a new action to an object in the through-hole by devising the shape of the through-hole penetrating the ultrasonic focusing part and the waveguide.
  • An ultrasonic generator of the present invention comprises an ultrasonic wave generating source that generates ultrasonic waves, an ultrasonic wave focusing section that focuses the ultrasonic waves generated from the ultrasonic wave generating source, and an ultrasonic wave focused by the ultrasonic wave focusing section. and a waveguide for transmitting ultrasonic waves.
  • the ultrasonic wave generator is arranged in the order of the ultrasonic wave generation source, the ultrasonic wave focusing section, and the waveguide from the rear end side.
  • the ultrasonic wave focusing portion and the waveguide have through holes penetrating through the ultrasonic wave focusing portion and the waveguide in the front-rear direction.
  • the inner peripheral surface forming the through hole has a first inner peripheral surface and a deformed portion arranged on the distal end side of the first inner peripheral surface.
  • the first inner peripheral surface has a shape in which a cross-sectional shape cut in the front-rear direction extends linearly in the front-rear direction.
  • the deformable portion is at least one of a portion arranged inside the first inner peripheral surface and a portion arranged outside the first inner peripheral surface in the cross section cut in the longitudinal direction. , are formed over a part or the entire circumference of the inner peripheral surface in the circumferential direction.
  • the deformable portion provided on the inner peripheral surface forming the through hole can give a new effect to the object inside the through hole.
  • the through-hole may form a channel through which liquid flows.
  • the ultrasonic wave focusing portion and the waveguide When the ultrasonic waves transmitted in at least one of the ultrasonic wave focusing portion and the waveguide are applied to the liquid flowing in the through hole via the inner peripheral surface, the ultrasonic wave reaches the vicinity of the inner peripheral surface of the through hole. Liquids tend to be biased.
  • the deformed portion can generate turbulence in the flow of the liquid in the through hole, so that the ultrasonic wave entering through the inner peripheral surface of the through hole penetrates the liquid as a whole. easier to reach.
  • the inner peripheral surface has a second inner peripheral surface disposed on the distal end side of the deformation portion, and the second inner peripheral surface extends in the front-rear direction.
  • a cross-sectional shape cut into two may have a shape extending linearly in the front-rear direction.
  • the liquid that has flowed into the through-hole from the rear end side and is turbulent at the deformed portion can be made into a laminar flow on the second inner peripheral surface, or brought close to a laminar flow.
  • the deformable portion may be provided at a portion of the through hole that penetrates the waveguide.
  • the deformable portion may be provided at a portion of the through hole that penetrates the ultrasonic wave focusing portion.
  • the ultrasonic generator it is possible to apply ultrasonic waves having a large amplitude to the liquid flowing through the portion of the through-hole that penetrates the ultrasonic wave focusing portion.
  • the present invention by devising the shape of the through-hole passing through the ultrasonic focusing portion and the waveguide, it is possible to give a new action to the object in the through-hole.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the ultrasonic generator of the first embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which liquid is supplied into the through-hole.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic wave generation system.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the ultrasonic generator of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the ultrasonic generator of the third embodiment.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the ultrasonic generator of the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the ultrasonic generator of the fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a view equivalent to FIG. 2 of an embodiment in which a convex deformed portion is provided only on a part of the inner peripheral surface in the circumferential direction.
  • FIG. 11 is a view equivalent to FIG. 7 of an embodiment in which a concave deformed portion is provided only on a part of the inner peripheral surface in the circumferential direction.
  • FIG. 12 is a view equivalent to FIG. 2 of an embodiment in which an elliptical deformed portion is provided.
  • FIG. 13 is a view equivalent to FIG. 2 of an embodiment in which a cross-shaped deformed portion is provided.
  • FIG. 14 is a view corresponding to FIG. 2 of an embodiment provided with a star-shaped deformed portion.
  • FIG. 15 is a view equivalent to FIG. 2 of an embodiment in which a deformed portion whose central axis is shifted with respect to the central axis of the first inner peripheral surface is provided.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of an ultrasonic generator provided with a plurality of deformable portions.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of an ultrasonic generator provided with a second reflecting surface having a form different from that of the first embodiment.
  • the ultrasonic generator 10 includes an ultrasonic generator 11 , an ultrasonic focusing unit 12 , and a waveguide 13 .
  • the ultrasonic wave generator 11 generates ultrasonic waves.
  • the ultrasonic wave focusing unit 12 focuses the ultrasonic waves generated from the ultrasonic wave generation source 11 .
  • the waveguide 13 transmits the ultrasonic waves focused by the ultrasonic wave focusing section 12 .
  • the ultrasonic wave generator 10 is configured such that an ultrasonic wave generation source 11, an ultrasonic wave focusing section 12, and a waveguide 13 are arranged in this order from the rear end side.
  • the ultrasonic wave generator 11 is, for example, a piezoelectric element made of piezoelectric ceramics.
  • the ultrasonic wave generating source 11 has a plate shape having a thickness in the front-rear direction.
  • the ultrasonic wave generation source 11 has an annular shape (more specifically, an annular shape).
  • the ultrasonic wave generation source 11 generates ultrasonic waves upon receiving an electric signal from the power supply device 100, which will be described later.
  • the ultrasonic source 11 has a radiation surface 15 for generating ultrasonic waves.
  • the radiation surface 15 is provided on the distal end side of the ultrasonic wave generation source 11 and arranged in a state facing forward.
  • the radiation surface 15 is a flat surface and extends in a direction orthogonal to the front-rear direction of the ultrasonic generator 10 .
  • the ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generating source 11 are plane waves traveling straight ahead.
  • the ultrasonic wave generation source 11 generates ultrasonic waves at a frequency of 30 kHz or more and 3 MHz or less, for example.
  • the ultrasonic wave focusing part 12 is made of metal (for example, duralumin).
  • the ultrasonic wave focusing portion 12 is joined at its rear end to the radiation surface 15 of the ultrasonic wave generating source 11 .
  • the ultrasound focusing section 12 has a first reflecting surface 16 and a second reflecting surface 17 .
  • the first reflecting surface 16 is arranged to face the radiation surface 15 of the ultrasonic wave generation source 11 .
  • the facing direction between the first reflecting surface 16 and the radiation surface 15 of the ultrasonic wave generation source 11 is parallel to the front-rear direction.
  • the first reflecting surface 16 is a curved surface (for example, a parabolic surface) that is convex toward the front side (the side opposite to the ultrasonic wave generation source 11) when viewed from the outside of the ultrasonic wave focusing section 12. As shown in FIG. The first reflecting surface 16 has a concave shape when viewed from the inside of the ultrasonic wave focusing section 12 . The central portion of the first reflecting surface 16 is located ahead of the outer peripheral edge of the first reflecting surface 16 . The first reflecting surface 16 is a paraboloid of revolution with the axis A as the axis of rotation. Axis A is an axis line passing through the center of the ultrasonic wave generating source 11 and extending in the front-rear direction. The ultrasonic wave focusing part 12 has an annular shape with the axis A as the central axis.
  • the second reflecting surface 17 is arranged to face the first reflecting surface 16 .
  • the second reflecting surface 17 is a curved surface (for example, a parabolic surface) convex to the rear side (the side opposite to the first reflecting surface 16) when viewed from the outside of the ultrasonic wave focusing section 12. As shown in FIG.
  • the second reflecting surface 17 has a concave shape when viewed from the inside of the ultrasonic wave focusing section 12 .
  • the central portion of the second reflecting surface 17 is located ahead of the outer peripheral edge of the second reflecting surface 17 .
  • the second reflecting surface 17 has a curved surface shape expanding toward the rear.
  • the waveguide 13 has a tubular shape extending forward from the tip of the ultrasonic wave focusing section 12 .
  • the waveguide 13 is described as a separate member from the ultrasonic wave focusing section 12 in this embodiment, it may be the same member as the ultrasonic wave focusing section 12 .
  • the waveguide 13 is preferably made of a material having high ultrasonic wave propagation properties, such as an aluminum alloy or metallic glass.
  • the waveguide 13 may be formed of a shape memory alloy made of an alloy of titanium and nickel, for example.
  • the waveguide 13 can be elastically deformed.
  • the ultrasonic wave focusing part 12 and the waveguide 13 have a through hole 20 penetrating through the ultrasonic wave focusing part 12 and the waveguide 13 in the front-rear direction.
  • the through-hole 20 is formed by the space inside the annular ultrasonic wave focusing portion 12 and the space inside the tubular waveguide 13 .
  • the rear end of the inner peripheral surface 20A forming the through hole 20 continues to the front end of the second reflecting surface 17 described above.
  • the ultrasonic wave generation source 11 is arranged so as not to block the through hole 20 .
  • the ultrasonic wave generation source 11 is arranged outside the outer peripheral edge of the second reflecting surface 17 in a radial direction orthogonal to the front-rear direction (hereinafter also simply referred to as “radial direction”).
  • the ultrasonic wave generation source 11 has an annular shape (more specifically, an annular shape) surrounding the outer peripheral edge of the second reflecting surface 17 .
  • the through-hole 20 is open to the rear of the ultrasonic wave source 11 via a space inside the ultrasonic wave source 11 .
  • the inner peripheral surface 20A forming the through hole 20 has a first inner peripheral surface 21, a second inner peripheral surface 22, and a deformation portion 23.
  • the first inner peripheral surface 21 is arranged ahead of the second reflecting surface 17 .
  • the rear end of the first inner peripheral surface 21 continues to the front end of the second reflecting surface 17 .
  • the first inner peripheral surface 21 has a cross-sectional shape cut in the front-rear direction that extends linearly in the front-rear direction.
  • the first inner peripheral surface 21 has a shape obtained by linearly extending a predetermined first cross-sectional shape in the front-rear direction.
  • the first cross section is a cross section obtained by cutting the first inner peripheral surface 21 in a direction perpendicular to the front-rear direction.
  • the shape and size of the first cross section of the first inner peripheral surface 21 are constant in the front-rear direction.
  • the shape of the first cross section of the first inner peripheral surface 21 is circular.
  • the second inner peripheral surface 22 is arranged ahead of the first inner peripheral surface 21 .
  • the second inner peripheral surface 22 constitutes the tip of the inner peripheral surface 20A.
  • the second inner peripheral surface 22 has a cross-sectional shape cut in the front-rear direction that extends linearly in the front-rear direction.
  • the second inner peripheral surface 22 has a shape obtained by linearly extending a predetermined second cross-sectional shape in the front-rear direction.
  • the second cross section is a cross section obtained by cutting the second inner peripheral surface 22 in a direction perpendicular to the front-rear direction.
  • the shape and size of the second cross section of the second inner peripheral surface 22 are constant in the front-rear direction.
  • the shape of the second cross section of the second inner peripheral surface 22 is circular.
  • the shape and size of the second cross section of the second inner peripheral surface 22 are the same as the shape and size of the first cross section of the first inner peripheral surface 21 . That is, the second cross-sectional shape is the same as the first cross-section
  • the deformable portion 23 is provided between the first inner peripheral surface 21 and the second inner peripheral surface 22 in the front-rear direction, and continues to the first inner peripheral surface 21 and the second inner peripheral surface 22 . As shown in FIGS. 1 and 2, the deformed portion 23 is a portion arranged inside the first inner peripheral surface 21 in a cross section cut in the front-rear direction.
  • the deformation portion 23 has a shape projecting radially inward from the first inner peripheral surface 21 and the second inner peripheral surface 22 .
  • the deformable portion 23 is curved such that the central portion in the front-rear direction protrudes radially inward.
  • the deformation portion 23 is formed along the entire circumference of the inner peripheral surface 20A.
  • the shape of a cross section obtained by cutting the deformable portion 23 in a direction perpendicular to the front-rear direction is circular.
  • the ultrasonic generation system includes an ultrasonic generator 10 and a power supply device 100 as shown in FIG.
  • the power supply device 100 outputs electrical signals to the electrodes of the ultrasonic generator 10 to drive the ultrasonic generator 10 .
  • the power supply device 100 includes a signal generator 101 , a power amplifier 102 and a measuring instrument 103 .
  • a signal generator 101 generates an arbitrary vibration signal.
  • the signal generator 101 may use, for example, a frequency response analyzer.
  • the power amplifier 102 amplifies the signal output from the signal generator 101 and applies it to the ultrasonic generator 10 .
  • a known Power Amplifier may be used for the power amplifier 102.
  • a measuring instrument 103 monitors the signal amplified by the power amplifier 102 .
  • An oscilloscope for example, may be used as the measuring instrument 103 .
  • the power supply device 100 supplies the amplified signal to the ultrasonic generator 10 and monitors the applied voltage.
  • the ultrasonic wave focusing unit 12 is made of metal and has electrical conductivity. It is connected to the.
  • the power supply device 100 and the ultrasonic wave generating source 11 may be connected directly or via another conductive member.
  • the ultrasonic generator 11 When the ultrasonic generator 11 receives an electrical signal from the power supply 100 , it generates ultrasonic waves forward from the radiation surface 15 .
  • the ultrasonic waves radiated from the radiation surface 15 are reflected by the first reflecting surface 16 and converge toward the focal point of the first reflecting surface 16 .
  • the focal point of the first reflecting surface 16 is the same as the focal point of the second reflecting surface 17 . Therefore, the ultrasonic wave that has passed through the focal point of the first reflecting surface 16 is reflected by the second reflecting surface 17 and introduced into the waveguide 13 as a plane wave.
  • the ultrasonic waves introduced into the waveguide 13 are transmitted through the waveguide 13 and radiated from the tip of the waveguide 13 .
  • the through-hole 20 penetrating through the ultrasonic focusing part 12 and the waveguide 13 constitutes a channel through which the liquid 91 flows, as shown in FIG. Inside the through hole 20, the liquid 91 supplied from the rear by the liquid supply portion 90 flows forward.
  • the liquid 91 flowing through the through hole 20 receives ultrasonic waves transmitted to the ultrasonic wave focusing section 12 and the waveguide 13 by contacting the inner peripheral surface 20A forming the through hole 20 .
  • the effect of applying ultrasonic waves to the liquid 91 is to generate microbubbles in the liquid 91, for example.
  • the flow of the liquid 91 tends to be laminar. It is difficult for ultrasonic waves to reach liquid 91 on the inner side in the radial direction away from peripheral surface 21 .
  • the ultrasonic generator 10 is provided with the deformation portion 23 ahead of the first inner peripheral surface 21 , when the liquid 91 flows from the first inner peripheral surface 21 to the deformation portion 23 , the liquid 91 The flow tends to become turbulent. For this reason, the liquid 91 alternates between the inner side and the outer side in the radial direction, and the ultrasonic waves easily reach the entire liquid 91 .
  • the ultrasonic wave generator 10 has a configuration in which the channel inside the deformable portion 23 is narrower than the channel inside the first inner peripheral surface 21, so that the ultrasonic wave easily reaches the entire liquid 91 from this point of view as well. ing.
  • the deformation portion 23 is provided at a portion of the through hole 20 that penetrates the waveguide 13 .
  • the ultrasonic waves transmitted to the ultrasonic wave focusing part 12 and the waveguide 13 are attenuated as they go forward. Therefore, it is possible to apply an ultrasonic wave with a small amplitude to the liquid 91 flowing inside the deformation portion 23 .
  • a second inner peripheral surface 22 is provided ahead of the deformation portion 23 . Therefore, the flow of the liquid 91 that has become turbulent at the deformation portion 23 is returned to a laminar flow or a state close to a laminar flow at the second inner peripheral surface 22 . Then, the liquid 91 returned to a laminar or nearly laminar flow is emitted from the tip of the ultrasonic generator 10 .
  • the ultrasonic wave generator of the first embodiment has a configuration in which the deformable portion is provided at a portion of the through hole that penetrates the waveguide, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the deformable portion is provided in a portion of the through hole that penetrates the ultrasonic focusing portion.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • the ultrasonic wave generator 210 of the second embodiment includes an ultrasonic wave generation source 11, an ultrasonic wave focusing section 212, and a waveguide 213, as shown in FIG.
  • the ultrasonic wave focusing portion 212 and the waveguide 213 have a through hole 220 penetrating through the ultrasonic wave focusing portion 212 and the waveguide 213 in the front-rear direction.
  • 220 A of internal peripheral surfaces which form the through-hole 220 have the 1st internal peripheral surface 221, the 2nd internal peripheral surface 222, and the deformation
  • the ultrasonic wave focusing section 212 is different from the ultrasonic wave focusing section 12 of the first embodiment in that the deformation section 23 is provided, but is common in other respects.
  • the waveguide 213 is different from the waveguide 13 of the first embodiment in that the deformation portion 23 is not provided, but is common in other respects.
  • the first inner peripheral surface 221 is different from the first inner peripheral surface 21 of the first embodiment in that the length in the front-rear direction is short, but is common in other respects.
  • the second inner peripheral surface 222 is different from the second inner peripheral surface 22 of the first embodiment in that the length in the front-rear direction is long, but is common in other respects.
  • the deformable portion 23 is provided at a portion of the through-hole 220 that penetrates the ultrasonic wave focusing portion 212 . Therefore, the ultrasonic wave generator 210 of the second embodiment can apply ultrasonic waves having a large amplitude to the liquid 91 flowing inside the deformable portion 23 .
  • the shape of the deformation portion is not limited to the configuration of the first embodiment.
  • the third embodiment another example of the deformation portion will be described.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • An ultrasonic wave generator 310 of the third embodiment includes an ultrasonic wave generation source 11, an ultrasonic wave focusing section 12, and a waveguide 313, as shown in FIG.
  • the ultrasonic focusing part 12 and the waveguide 313 have a through hole 320 penetrating through the ultrasonic focusing part 12 and the waveguide 313 in the front-rear direction.
  • An inner peripheral surface 320 ⁇ /b>A forming the through hole 320 has a first inner peripheral surface 21 , a second inner peripheral surface 22 and a deformation portion 323 .
  • the waveguide 313 is different from the waveguide 13 of the first embodiment in that a deformation section 323 is provided in place of the deformation section 23 of the first embodiment, but other points are common.
  • the deformation portion 323 is a portion arranged outside the first inner peripheral surface 21 in a cross section taken in the front-rear direction.
  • the deformation portion 323 is configured as a recess formed in the inner peripheral surface 320A.
  • the deformation portion 323 has a shape recessed radially outward from the first inner peripheral surface 21 and the second inner peripheral surface 22 .
  • the deformable portion 323 is curved such that the center portion in the front-rear direction has a large recess.
  • the deformation portion 323 is formed along the entire circumference of the inner peripheral surface 320A.
  • the ultrasonic generator 310 of the third embodiment can generate turbulence in the flow of the liquid 91 flowing through the through-hole 320 by the deformable portion 323 .
  • An ultrasonic wave generator 410 of the fourth embodiment includes an ultrasonic wave generation source 11, an ultrasonic wave focusing section 12, and a waveguide 413, as shown in FIG.
  • the ultrasonic focusing part 12 and the waveguide 413 have a through hole 420 penetrating through the ultrasonic focusing part 12 and the waveguide 413 in the front-rear direction.
  • 420 A of inner peripheral surfaces which form the through-hole 420 have the 1st inner peripheral surface 421, the 2nd inner peripheral surface 422, and the deformation
  • the first inner peripheral surface 421 is arranged ahead of the second reflecting surface 17 .
  • the rear end of the first inner peripheral surface 421 continues to the front end of the second reflecting surface 17 .
  • the first inner peripheral surface 421 has a cross-sectional shape cut in the front-rear direction that extends linearly in the front-rear direction.
  • the first inner peripheral surface 421 has a shape obtained by linearly extending a predetermined first cross-sectional shape in the front-rear direction.
  • the shape and size of the first cross section of the first inner peripheral surface 421 are constant in the front-rear direction.
  • the shape of the first cross section of the first inner peripheral surface 421 is circular.
  • the second inner peripheral surface 422 is arranged ahead of the first inner peripheral surface 421 .
  • the second inner peripheral surface 422 constitutes the tip of the inner peripheral surface 420A.
  • the second inner peripheral surface 422 has a cross-sectional shape cut in the front-rear direction that extends linearly in the front-rear direction.
  • the second inner peripheral surface 422 has a shape obtained by linearly extending a predetermined second cross-sectional shape in the front-rear direction.
  • the shape and size of the second cross section of the second inner peripheral surface 422 are constant in the front-rear direction.
  • the second cross-sectional shape of the second inner peripheral surface 422 is circular.
  • the size of the second cross section of the second inner peripheral surface 422 is larger than the size of the first cross section of the first inner peripheral surface 421 . That is, in this embodiment, the second cross-sectional shape is larger than the first cross-sectional shape.
  • the deformation portion 423 is provided between the first inner peripheral surface 421 and the second inner peripheral surface 422 in the front-rear direction, and continues to the first inner peripheral surface 421 and the second inner peripheral surface 422 .
  • the deformed portion 423 has a curved shape that expands in diameter toward the front.
  • the ultrasonic generator 410 of the fourth embodiment causes the flow of the liquid 91 flowing through the through-hole 420 to generate turbulence by the deformable portion 423 , and returns the flow to a laminar flow by the second inner peripheral surface 422 . You can get closer to the stream. As a result, the ultrasonic waves transmitted through the waveguide 413 can easily reach the entire liquid 91 flowing through the through hole 420 .
  • the sensor probe 80 is inserted from behind into the through hole 220 of the ultrasonic generator 210 .
  • a sensor 81 is fixed to the tip of the sensor probe 80 .
  • the sensor 81 receives, for example, ultrasonic waves emitted from the waveguide 213 and reflected by an object (not shown).
  • the ultrasonic generator 210 shown in FIG. 9 is provided with the deformed portion 23 protruding inward on the inner peripheral surface 220A, so that the portion where the sensor probe 80 comes into contact with the inner peripheral surface 220A can be suppressed as much as possible. As a result, leakage of ultrasonic waves through the sensor probe 80 can be suppressed. Also, when the sensor probe 80 contacts the second reflecting surface 17 , the ultrasonic waves reflected by the first reflecting surface 16 may leak from the sensor probe 80 without being reflected by the second reflecting surface 17 . However, as shown in FIG.
  • the deformation portion 23 is provided on the side of the ultrasonic wave focusing portion 212 closer to the second reflecting surface 17 between the ultrasonic wave focusing portion 212 and the waveguide 213 . This configuration can more reliably prevent the sensor probe 80 from contacting the second reflecting surface 17 . In addition, it is preferable that the sensor probe 80 is hard to bend.
  • the convex deformation portion 23 is integrated with the cylindrical body forming the waveguide 13, but it may be a separate body.
  • the convex deforming portion 23 is integrated with the members forming the ultrasonic wave focusing portions 12 and 212, but they may be separate.
  • the convex deformation portion 23 is formed along the entire circumference of the inner peripheral surface 20A forming the through hole 20.
  • the deformation shown in FIG. may be configured to be formed only in a part of the inner peripheral surface 20A in the circumferential direction. That is, as shown in FIG. 10, the deformable portion 23A may have a shape protruding radially inward from a part of the inner peripheral surface 20A in the circumferential direction.
  • the concave deformed portion 323 is formed along the entire circumference of the inner peripheral surface 320A forming the through hole 320.
  • the modified example shown in FIG. Like 23B, the structure formed only in a part of circumferential direction in 320 A of internal peripheral surfaces may be sufficient. That is, as shown in FIG.
  • the deformation portion 23B may be recessed radially outward from a part of the inner peripheral surface 20A in the circumferential direction.
  • the shape of the cross section of the deformation portion is circular, but it may not be circular.
  • the shape of the cross section may be elliptical like a deformation portion 23C shown in FIG.
  • the waveguide 13 may be radially compressed to make the whole waveguide elliptical.
  • the cross-sectional shape may be cross-shaped.
  • the shape of the cross section may be a star shape.
  • deformation portions 23C, 23D, and 23E shown in FIGS. 23E may be a portion arranged radially inward of the first inner peripheral surface 21, a portion arranged radially outward of the first inner peripheral surface 21, or both. It may be a part composed of. (5)
  • a configuration in which the central axis is shifted from the central axis of the first inner peripheral surface 21 may be employed, as in a deformed portion 23F shown in FIG. (6)
  • a plurality of deformation portions 23G, 23H, and 23I may be provided at intervals in the front-rear direction. For example, as shown in FIG.
  • the configuration may be such that deformation portions 23G, 23H, and 23I are provided on both the ultrasonic wave focusing portion 612 side and the waveguide 613 side. Further, as shown in FIG. 16, both the convex deforming portion 23G illustrated in the first and second embodiments and the concave deforming portions 23H and 23I illustrated in the third embodiment are provided. There may be. Further, in FIG. 16, the deformable portions 23G, 23H, and 23I are arranged with an interval in the front-rear direction, but may be arranged continuously without an interval. Further, in FIG. 16, the convex deforming portion 23G and the concave deforming portions 23H and 23I are formed steplessly, but they may be formed stepwise.
  • the first reflecting surface 16 and the second reflecting surface 17 are paraboloids. Not limited to this, both or one of the first reflecting surface 16 and the second reflecting surface 17 may not be a strict paraboloid, and may have a shape that can be approximately regarded as a paraboloid. In other words, both or one of the first reflecting surface 16 and the second reflecting surface 17 allows the ultrasonic waves generated from the ultrasonic wave generation source 11 to pass through the first reflecting surface 16 and the second reflecting surface 17 to the waveguides 13 and 13 . Any surface that is curved to reach 213, 313, and 413 may be used. The first reflecting surface 16 and the second reflecting surface 17 may be composed of a large number of minute planes.
  • the shape of the second reflecting surface 17 is not limited to the shape of the first embodiment shown in FIG.
  • the ultrasonic wave generating source 11 is a piezoelectric element made of piezoelectric ceramics.
  • the ultrasonic source 11 can use other piezoelectric materials.
  • the ultrasonic wave generation source 11 may be, for example, a piezoelectric laminate made of piezoelectric ceramics.
  • the ultrasonic generators 10, 210, 310, 410 have the second inner peripheral surfaces 22, 222, 422. However, the second inner peripheral surfaces 22, 222, 422 It may be a configuration that does not have.

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Abstract

超音波集束部及び導波路を貫通する貫通孔の形状を工夫することで貫通孔内の物体に対して新規な作用を与える。　超音波集束部（１２）及び導波路（１３）は、超音波集束部（１２）及び導波路（１３）を先後方向に貫通する貫通孔（２０）を有している。貫通孔（２０）を形成する内周面（２０Ａ）は、第１内周面（２１）と、第１内周面（２１）よりも先端側に配置される変形部（２３）と、を有している。第１内周面（２１）は、先後方向に切断した断面形状が先後方向に直線状に延びる形状をなしている。変形部（２３）は、先後方向に切断した断面において、第１内周面（２１）よりも内側に配置された部位、及び第１内周面（２１）よりも外側に配置された部位のうち少なくとも一方（図１に示す例では、第１内周面（２１）よりも内側に配置された部位）であり、内周面（２０Ａ）の周方向の一部または全周（図１に示す例では、全周）に亘って形成される。

Description

超音波発生装置及び超音波発生システム
　本発明は、超音波発生装置及び超音波発生システムに関する。
　非特許文献１には、圧電セラミックスの振動によって生成した平面波を超音波集束部によって集束し、細径の導波路へと伝搬させ、導波路の先端から出力させる技術が開示されている（ｐ７「２．提案構造」の図２（ａ）参照）。また、非特許文献１には、超音波集束部及び導波路に、超音波集束部及び導波路を貫通する貫通孔を形成した形態が開示されている（ｐ７「２．提案構造」の図２（ｂ）（ｃ）参照）。貫通孔の利用方法としては、例えば貫通孔を流れる液体に超音波を与えること、センサを通して導波路の先端付近のセンシングを行うこと、導波路の先端から出力した超音波によって破砕した破砕組織を吸引する経路として活用することなどが想定される。
山田　恭平、　陳　康、　入江　喬介、　飯島　高志、　三宅　奏、　森田　剛、"二重反射面構造による円筒型導波路への強力超音波導入（チューブ型ＤＰＬＵＳ）"、　信学技法　ＩＥＩＣＥ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ　ＵＳ２０２１－９（２０２１－０６）
　非特許文献１の技術は、貫通孔の形状についての工夫が十分でなく、この点で改善の余地がある。
　本発明は、超音波集束部及び導波路を貫通する貫通孔の形状を工夫することで貫通孔内の物体に対して新規な作用を与えることが可能な技術の提供を目的とする。
［１］本発明の超音波発生装置は、超音波を発生する超音波発生源と、上記超音波発生源から発生した超音波を集束する超音波集束部と、上記超音波集束部によって集束された超音波を伝送する導波路と、を備えている。上記超音波発生装置は、後端側から上記超音波発生源、上記超音波集束部、上記導波路の順に配置されてなる。上記超音波集束部及び上記導波路は、上記超音波集束部及び上記導波路を先後方向に貫通する貫通孔を有している。上記貫通孔を形成する内周面は、第１内周面と、上記第１内周面よりも先端側に配置される変形部と、を有している。上記第１内周面は、上記先後方向に切断した断面形状が上記先後方向に直線状に延びる形状をなしている。上記変形部は、上記先後方向に切断した断面において、上記第１内周面よりも内側に配置された部位、及び上記第１内周面よりも外側に配置された部位のうち少なくとも一方であり、上記内周面の周方向の一部または全周に亘って形成される。
　上記超音波発生装置によれば、貫通孔を形成する内周面に設けられた変形部によって、貫通孔内の物体に対して新規な作用を与えることができる。
［２］［１］の超音波発生装置において、上記貫通孔は、液体が流れる流路を構成してもよい。
　超音波集束部及び導波路のうち少なくとも一方において伝送される超音波を、上記内周面を介して貫通孔内を流れる液体に与える場合、超音波の届く範囲が貫通孔の内周面付近の液体に偏りやすい。この点、上記超音波発生装置によれば、変形部によって貫通孔内の液体の流れに乱流を生じさせることができるため、貫通孔の内周面を介して進入する超音波が液体全体に届きやすくなる。
［３］［２］の超音波発生装置において、上記内周面は、上記変形部よりも先端側に配置される第２内周面を有し、上記第２内周面は、上記先後方向に切断した断面形状が上記先後方向に直線状に延びる形状をなしていてもよい。
　上記超音波発生装置によれば、貫通孔内に後端側から流入して変形部で乱流が生じた液体を、第２内周面で層流にすること又は層流に近づけることができる。
［４］［２］又は［３］の超音波発生装置において、上記変形部は、上記貫通孔のうち上記導波路を貫通する部位に設けられていてもよい。
　上記超音波発生装置によれば、貫通孔のうち導波路を貫通する部位を流れる液体に、振幅が小さめの超音波を与えることができる。
［５］［２］から［４］のいずれかに記載の超音波発生装置において、上記変形部は、上記貫通孔のうち上記超音波集束部を貫通する部位に設けられていてもよい。
　上記超音波発生装置によれば、貫通孔のうち超音波集束部を貫通する部位を流れる液体に、振幅が大きめの超音波を与えることができる。
　本発明によれば、超音波集束部及び導波路を貫通する貫通孔の形状を工夫することで貫通孔内の物体に対して新規な作用を与えることができる。
図１は、第１実施形態の超音波発生装置の断面図である。 図２は、図１のＸ－Ｘ線断面図である。 図３は、貫通孔内に液体が供給されている状態を示す説明図である。 図４は、超音波発生システムの構成を示す図である。 図５は、第２実施形態の超音波発生装置の断面図である。 図６は、第３実施形態の超音波発生装置の断面図である。 図７は、図６のＹ－Ｙ線断面図である。 図８は、第４実施形態の超音波発生装置の断面図である。 図９は、第５実施形態の超音波発生装置の断面図である。 図１０は、凸状の変形部が内周面における周方向の一部にのみ設けられる実施形態の図２相当図である。 図１１は、凹状の変形部が内周面における周方向の一部にのみ設けられる実施形態の図７相当図である。 図１２は、楕円形の変形部が設けられる実施形態の図２相当図である。 図１３は、十字型の変形部が設けられる実施形態の図２相当図である。 図１４は、星形の変形部が設けられる実施形態の図２相当図である。 図１５は、第１内周面の中心軸に対して中心軸がずれた変形部が設けられる実施形態の図２相当図である。 図１６は、複数の変形部が設けられた超音波発生装置の断面図である。 図１７は、第１実施形態とは異なる形態の第２反射面が設けられた超音波発生装置の断面図である。
　１．第１実施形態
　　１－１．超音波発生装置１０の構成
　超音波発生装置１０は、図１に示すように、超音波発生源１１と、超音波集束部１２と、導波路１３と、を備えている。超音波発生源１１は、超音波を発生する。超音波集束部１２は、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する。導波路１３は、超音波集束部１２によって集束された超音波を伝送する。超音波発生装置１０は、後端側から超音波発生源１１、超音波集束部１２、導波路１３の順に配置されて構成されている。
　超音波発生源１１は、例えば、圧電セラミックスからなる圧電素子である。超音波発生源１１は、先後方向に厚みを有する板状をなしている。超音波発生源１１は、環状（より具体的には円環状）をなしている。
　超音波発生源１１は、後述する電源装置１００から電気信号を与えられると超音波を発生する。超音波発生源１１は、超音波を発生する放射面１５を有している。放射面１５は、超音波発生源１１の先端側に設けられ、先方を向いた状態で配置される。放射面１５は、平坦な面であり、超音波発生装置１０の先後方向に対して直交する方向に広がっている。超音波発生源１１から発生した超音波は、図１に示すように、先方に向けて直進する平面波である。超音波発生源１１は、例えば、３０ｋＨｚ以上で且つ３ＭＨｚ以下の周波数で超音波を発生させる。
　超音波集束部１２は、金属（例えばジェラルミン）によって形成されている。超音波集束部１２は、後端部が超音波発生源１１の放射面１５に接合されている。超音波集束部１２は、第１反射面１６及び第２反射面１７を有している。第１反射面１６は、超音波発生源１１の放射面１５と対向して配置されている。第１反射面１６と超音波発生源１１の放射面１５との対向方向は、先後方向と平行である。第１反射面１６は、超音波集束部１２の外部から見ると、先方側（超音波発生源１１とは反対側）に凸な湾曲面（例えば放物面）である。第１反射面１６は、超音波集束部１２の内部から見ると凹型である。第１反射面１６の中心部は、第１反射面１６の外周縁よりも先方に位置している。第１反射面１６は、軸Ａを回転軸として構成される回転放物面である。なお、軸Ａは、超音波発生源１１の中心を通り先後方向に延びる軸線である。超音波集束部１２は、軸Ａを中心軸とした環状をなしている。
　第２反射面１７は、第１反射面１６と対向して配置されている。第２反射面１７は、超音波集束部１２の外部から見ると、後方側（第１反射面１６とは反対側）に凸な湾曲面（例えば放物面）である。第２反射面１７は、超音波集束部１２の内部から見ると凹型である。第２反射面１７の中心部は、第２反射面１７の外周縁よりも先方に位置している。第２反射面１７は、後方に向けて拡開する曲面形状をなしている。
　導波路１３は、超音波集束部１２の先端部から先方に向かって延びる筒状をなしている。導波路１３は、本実施形態では超音波集束部１２と別部材として説明するが、超音波集束部１２と同一部材であってもよい。導波路１３は、超音波伝搬性の高い材料によって形成されることが好ましく、例えば、アルミ合金、金属ガラスなどで形成されることが好ましい。また、導波路１３は、例えばチタンとニッケルの合金からなる形状記憶合金で形成される構成であってもよい。導波路１３は、弾性変形し得る。
　超音波集束部１２及び導波路１３は、超音波集束部１２及び導波路１３を先後方向に貫通する貫通孔２０を有している。貫通孔２０は、環状をなす超音波集束部１２の内側の空間と、筒状をなす導波路１３の内側の空間とによって形成されている。貫通孔２０を形成する内周面２０Ａの後端は、上述した第２反射面１７の前端に連なっている。
　超音波発生源１１は、貫通孔２０を塞がないように配置されている。超音波発生源１１は、先後方向と直交する径方向（以下、単に「径方向」ともいう）において、第２反射面１７の外周縁よりも外側に配置されている。超音波発生源１１は、第２反射面１７の外周縁を囲む環状（より具体的には円環状）をなしている。貫通孔２０は、超音波発生源１１の内側の空間を介して超音波発生源１１の後方に開放されている。
　貫通孔２０を形成する内周面２０Ａは、第１内周面２１と、第２内周面２２と、変形部２３と、を有している。
　第１内周面２１は、第２反射面１７よりも先方に配置されている。第１内周面２１の後端は、第２反射面１７の前端に連なっている。第１内周面２１は、先後方向に切断した断面形状が先後方向に直線状に延びる形状をなしている。第１内周面２１は、所定の第１断面の形状を先後方向に直線状に延ばした形状をなしている。第１断面は、第１内周面２１を先後方向に対して直交する方向に切断した断面である。第１内周面２１の第１断面の形状及び大きさは、先後方向に一定である。第１内周面２１の第１断面の形状は、円形である。
　第２内周面２２は、第１内周面２１よりも先方に配置されている。第２内周面２２は、内周面２０Ａの先端部を構成している。第２内周面２２は、先後方向に切断した断面形状が先後方向に直線状に延びる形状をなしている。第２内周面２２は、所定の第２断面の形状を先後方向に直線状に延ばした形状をなしている。第２断面は、第２内周面２２を先後方向に対して直交する方向に切断した断面である。第２内周面２２の第２断面の形状及び大きさは、先後方向に一定である。第２内周面２２の第２断面の形状は、円形である。第２内周面２２の第２断面の形状及び大きさは、第１内周面２１の第１断面の形状及び大きさと同じである。つまり、第２断面形状は、第１断面形状と同じである。
　変形部２３は、先後方向において、第１内周面２１と第２内周面２２との間に設けられており、第１内周面２１及び第２内周面２２に連なっている。変形部２３は、図１及び図２に示すように、先後方向に切断した断面において、第１内周面２１よりも内側に配置された部位である。変形部２３は、第１内周面２１及び第２内周面２２よりも径方向内側に張り出した形状をなしている。変形部２３は、先後方向の中央部が径方向内側に張り出すように湾曲している。変形部２３は、内周面２０Ａにおける周方向の全周に亘って形成されている。変形部２３を先後方向に対して直交する方向に切断した断面の形状は、円形である。
　　１－２．超音波発生システムの構成
　超音波発生システムは、図４に示すように、超音波発生装置１０と、電源装置１００とを備えている。電源装置１００は、超音波発生装置１０の電極に電気信号を出力し、超音波発生装置１０を駆動させる。
　電源装置１００は、信号発生器１０１と、電力増幅器１０２と、計測器１０３とを備えている。信号発生器１０１は、任意の振動信号を生成する。信号発生器１０１は、例えば周波数特性分析器（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　Ａｎａｌｙｚｅｒ)を用いてもよい。電力増幅器１０２は、信号発生器１０１から出力された信号を増幅して、超音波発生装置１０に印加する。電力増幅器１０２は、例えば公知のＰｏｗｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒを用いてもよい。計測器１０３は、電力増幅器１０２で増幅された信号をモニタリングする。計測器１０３は、例えばオシロスコープを用いてもよい。電源装置１００は、増幅された信号を超音波発生装置１０に供給するとともに印加電圧をモニタリングする。
　本実施例では超音波集束部１２が金属製であり導電性を有するため、電源装置１００は超音波集束部１２と接続され、超音波集束部１２を経由して超音波発生源１１と電気的に接続されている。超音波集束部１２が絶縁体である場合、電源装置１００と超音波発生源１１とを直接あるいは他の導電性部材を介して接続しても良い。
　　１－３．超音波発生装置１０の作用及び効果
　超音波発生源１１は、電源装置１００から電気信号を与えられると、放射面１５から先方に向けて超音波を発生する。放射面１５から放射された超音波は、第１反射面１６で反射され、第１反射面１６の焦点に向かって集束する。第１反射面１６の焦点は、第２反射面１７の焦点と同じとなっている。このため、第１反射面１６の焦点を通過した超音波は、第２反射面１７で反射され、平面波として導波路１３の内部に導入される。導波路１３の内部に導入された超音波は、導波路１３の内部を伝送され、導波路１３の先端から放射される。
　超音波集束部１２及び導波路１３を貫通する貫通孔２０は、図３に示すように、液体９１が流れる流路を構成している。貫通孔２０内では、液体供給部９０によって後方から供給された液体９１が先方に向けて流される。貫通孔２０内を流れる液体９１は、貫通孔２０を形成する内周面２０Ａに接触することで、超音波集束部１２及び導波路１３に伝送される超音波を受ける。液体９１に超音波を与えることによる作用は、例えば液体９１内にマイクロバブルを発生させることなどである。
　第１内周面２１の内側の領域では、液体９１の流れが層流になりやすいため、第１内周面２１に近い径方向外側の液体９１には超音波が届きやすいものの、第１内周面２１から離れた径方向内側の液体９１までは超音波が届きにくい。この点、超音波発生装置１０は、第１内周面２１よりも先方に変形部２３が設けられているため、第１内周面２１から変形部２３へ液体９１が流れる際、液体９１の流れが乱流になりやすい。このため、液体９１が径方向の内側と外側とで入れ替わり、液体９１全体に超音波が届きやすくなる。特に、超音波発生装置１０は、変形部２３の内側の流路が第１内周面２１の内側の流路よりも狭いため、この観点からも液体９１全体に超音波が届きやすい構成となっている。
　また、変形部２３は、貫通孔２０のうち導波路１３を貫通する部位に設けられている。超音波集束部１２及び導波路１３に伝送される超音波は、先方に向かうにつれて減衰する。このため、変形部２３の内側を流れる液体９１に対して振幅が小さめの超音波を与えることができる。
　また、変形部２３よりも先方には、第２内周面２２が設けられている。このため、変形部２３において乱流になった液体９１の流れが、第２内周面２２において層流又は層流に近い状態に戻される。そして、層流又は層流に近い状態に戻った液体９１が、超音波発生装置１０の先端から放出される。
　２．第２実施形態
　第１実施形態の超音波発生装置は、変形部が貫通孔のうち導波路を貫通する部位に設けられる構成であったが、この構成に限定されない。第２実施形態では、変形部が貫通孔のうち超音波集束部を貫通する部位に設けられる例について説明する。なお、第２実施形態の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
　第２実施形態の超音波発生装置２１０は、図５に示すように、超音波発生源１１と、超音波集束部２１２と、導波路２１３と、を備えている。超音波集束部２１２及び導波路２１３は、超音波集束部２１２及び導波路２１３を先後方向に貫通する貫通孔２２０を有している。貫通孔２２０を形成する内周面２２０Ａは、第１内周面２２１と、第２内周面２２２と、変形部２３と、を有している。
　超音波集束部２１２は、変形部２３が設けられる点で第１実施形態の超音波集束部１２とは異なり、その他の点で共通する。導波路２１３は、変形部２３が設けられていない点で第１実施形態の導波路１３とは異なり、その他の点で共通する。第１内周面２２１は、先後方向の長さが短い点で第１実施形態の第１内周面２１とは異なり、その他の点で共通する。第２内周面２２２は、先後方向の長さが長い点で第１実施形態の第２内周面２２とは異なり、その他の点で共通する。
　変形部２３は、貫通孔２２０のうち超音波集束部２１２を貫通する部位に設けられている。このため、第２実施形態の超音波発生装置２１０は、変形部２３の内側を流れる液体９１に対して振幅が大きめの超音波を与えることができる。
　３．第３実施形態
　変形部の形状は、第１実施形態の構成に限定されない。第３実施形態では、変形部の別の例について説明する。なお、第３実施形態の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
　第３実施形態の超音波発生装置３１０は、図６に示すように、超音波発生源１１と、超音波集束部１２と、導波路３１３と、を備えている。超音波集束部１２及び導波路３１３は、超音波集束部１２及び導波路３１３を先後方向に貫通する貫通孔３２０を有している。貫通孔３２０を形成する内周面３２０Ａは、第１内周面２１と、第２内周面２２と、変形部３２３と、を有している。
　導波路３１３は、第１実施形態の変形部２３に代えて変形部３２３が設けられている点で第１実施形態の導波路１３とは異なり、その他の点で共通する。
　変形部３２３は、図６及び図７に示すように、先後方向に切断した断面において、第１内周面２１よりも外側に配置された部位である。変形部３２３は、内周面３２０Ａに形成された凹部として構成されている。変形部３２３は、第１内周面２１及び第２内周面２２よりも径方向外側に凹んだ形状をなしている。変形部３２３は、先後方向の中央部の凹みが大きくなるように湾曲している。変形部３２３は、内周面３２０Ａにおける周方向の全周に亘って形成されている。
　第３実施形態の超音波発生装置３１０は、変形部３２３によって、貫通孔３２０を流れる液体９１の流れに乱流を生じさせることができる。
　４．第４実施形態
　第４実施形態では、変形部の形状の第３の例について説明する。なお、第４実施形態の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
　第４実施形態の超音波発生装置４１０は、図８に示すように、超音波発生源１１と、超音波集束部１２と、導波路４１３と、を備えている。超音波集束部１２及び導波路４１３は、超音波集束部１２及び導波路４１３を先後方向に貫通する貫通孔４２０を有している。貫通孔４２０を形成する内周面４２０Ａは、第１内周面４２１と、第２内周面４２２と、変形部４２３と、を有している。
　第１内周面４２１は、第２反射面１７よりも先方に配置されている。第１内周面４２１の後端は、第２反射面１７の前端に連なっている。第１内周面４２１は、先後方向に切断した断面形状が先後方向に直線状に延びる形状をなしている。第１内周面４２１は、所定の第１断面の形状を先後方向に直線状に延ばした形状をなしている。第１内周面４２１の第１断面の形状及び大きさは、先後方向に一定である。第１内周面４２１の第１断面の形状は、円形である。
　第２内周面４２２は、第１内周面４２１よりも先方に配置されている。第２内周面４２２は、内周面４２０Ａの先端部を構成している。第２内周面４２２は、先後方向に切断した断面形状が先後方向に直線状に延びる形状をなしている。第２内周面４２２は、所定の第２断面の形状を先後方向に直線状に延ばした形状をなしている。第２内周面４２２の第２断面の形状及び大きさは、先後方向に一定である。第２内周面４２２の第２断面の形状は、円形である。第２内周面４２２の第２断面の大きさは、第１内周面４２１の第１断面の大きさよりも大きい。つまり、本実施形態では、第２断面形状は、第１断面形状よりも大きい。
　変形部４２３は、先後方向において、第１内周面４２１と第２内周面４２２との間に設けられており、第１内周面４２１及び第２内周面４２２に連なっている。変形部４２３は、先方に向けて拡径する曲面形状をなしている。このため、第４実施形態の超音波発生装置４１０は、変形部４２３によって、貫通孔４２０を流れる液体９１の流れに乱流を生じさせ、第２内周面４２２によって層流に戻すこと又は層流に近づけることができる。その結果、貫通孔４２０を流れる液体９１全体に、導波路４１３を伝送される超音波が届きやすくなる。
　５．第５実施形態
　第１実施形態から第４実施形態では、貫通孔を液体が流れる流路として利用する方法について説明したが、別の利用方法を採用してもよい。第５実施形態では、第２実施形態で説明した超音波発生装置を用いて、別の利用方法の一例を説明する。
　図９に示すように、超音波発生装置２１０の貫通孔２２０内には、センサプローブ８０が後方から挿入されている。センサプローブ８０の先端部には、センサ８１が固定されている。センサ８１は、例えば、導波路２１３から放射されて図示しない対象物に反射された超音波を受信する。
　センサプローブ８０が、貫通孔２２０を形成する内周面２２０Ａに接触すると、接触した部位からセンサプローブ８０側に超音波が漏れるおそれがある。この点、図９に示す超音波発生装置２１０は、内周面２２０Ａにおいて内側に突出した変形部２３が設けられているため、センサプローブ８０が内周面２２０Ａに接触する部位を極力抑えることができ、その結果、センサプローブ８０を介して超音波が漏れることを抑制することができる。また、センサプローブ８０が第２反射面１７に接触すると、第１反射面１６で反射された超音波が第２反射面１７で反射することなくセンサプローブ８０から漏れるおそれがある。しかし、図９に示すように、変形部２３は、超音波集束部２１２及び導波路２１３のうち第２反射面１７に近い超音波集束部２１２側に設けられている。この構成によれば、センサプローブ８０が第２反射面１７に接触することをより確実に防止することができる。なお、センサプローブ８０は撓みにくいことが好ましい。
＜他の実施形態＞
　本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施形態や後述する実施形態の様々な特徴は、矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わされてもよい。
（１）上記第１実施形態では、凸状の変形部２３が導波路１３を構成する筒体と一体であったが、別体であってもよい。上記第２実施形態及び第５実施形態では、凸状の変形部２３が超音波集束部１２，２１２を構成する部材と一体であったが別体であってもよい。
（２）上記第１実施形態では、凸状の変形部２３が貫通孔２０を形成する内周面２０Ａにおける周方向の全周に亘って形成される構成であったが、図１０に示す変形部２３Ａのように、内周面２０Ａにおける周方向の一部にのみ形成される構成であってもよい。つまり、図１０に示すように、変形部２３Ａは、内周面２０Ａにおける周方向の一部から径方向内側に突出した形態であってもよい。なお、上記第２実施形態の変形部２３についても同様である。
（３）上記第３実施形態では、凹状の変形部３２３が貫通孔３２０を形成する内周面３２０Ａにおける周方向の全周に亘って形成される構成であったが、図１１に示す変形例２３Ｂのように、内周面３２０Ａにおける周方向の一部にのみ形成される構成であってもよい。つまり、図１１に示すように、変形部２３Ｂは、内周面２０Ａの周方向の一部から径方向外側に凹んだ形態であってもよい。
（４）上記第１実施形態では、変形部の断面の形状が円形であったが、円形でなくてもよい。例えば、図１２に示す変形部２３Ｃのように、断面の形状が楕円形であってもよい。変形部２３Ｃのように断面の形状を楕円形とする場合、導波路１３を径方向に圧縮して導波路ごと楕円形にしてもよい。また、図１３に示す変形部２３Ｄのように、断面の形状は、十字型であってもよい。また、図１４に示す変形部２３Ｅのように、断面の形状は、星形であってもよい。図１２～図１４に示す変形部２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅのように、変形部２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの断面の形状が第１内周面２１の断面の形状と異なる場合、変形部２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、第１内周面２１よりも径方向内側に配置される部位であってもよいし、第１内周面２１よりも径方向外側に配置される部位であってもよいし、両方で構成される部位であってもよい。
（５）図１５に示す変形部２３Ｆのように、第１内周面２１の中心軸に対して、中心軸がずれた構成であってもよい。
（６）図１６に示す超音波発生装置６１０のように、変形部２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉが、先後方向に間隔を空けて複数設けられる構成であってもよい。例えば、図１６に示すように、超音波集束部６１２側と導波路６１３側との両方に変形部２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉが設けられる構成であってもよい。また、図１６に示すように、第１実施形態及び第２実施形態で例示した凸状の変形部２３Ｇと、第３実施形態で例示した凹状の変形部２３Ｈ，２３Ｉの両方が設けられる構成であってもよい。また、図１６では、変形部２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉが、先後方向に間隔を空けて配置されているが、間隔をあけずに連続して配置される構成であってもよい。また、図１６では、凸状の変形部２３Ｇと、凹状の変形部２３Ｈ，２３Ｉとがそれぞれ段差なく形成されているが、段差状に形成されていてもよい。
（７）上記各実施形態では、第１反射面１６及び第２反射面１７が放物面であった。これに限らず、第１反射面１６及び第２反射面１７の両方もしくは一方は、厳密な放物面でなくともよく、近似的に放物面とみなせる形状であればよい。言い換えると、第１反射面１６及び第２反射面１７の両方もしくは一方は、超音波発生源１１から発生した超音波が第１反射面１６および第２反射面１７を経由して導波路１３，２１３，３１３，４１３へと到達するように湾曲した面であればよい。第１反射面１６及び第２反射面１７は、多数の微小な平面で構成されていてもよい。
（８）第２反射面１７の形状は、図１に示す第１実施形態の形状に限らない。例えば、図１７に示す超音波発生装置７１０における超音波集束部７１２の第２反射面７１７のように、後方に張り出すように湾曲した形状であってもよい。
（９）上記実施形態において超音波発生源１１は圧電セラミックスからなる圧電素子である。これに限らず、超音波発生源１１は、他の圧電材料を用いることができる。超音波発生源１１は、例えば圧電セラミックスからなる圧電積層体などであってもよい。
（１０）上記各実施形態では、超音波発生装置１０，２１０，３１０，４１０が第２内周面２２，２２２，４２２を有する構成であったが、第２内周面２２，２２２，４２２を有さない構成であってもよい。
　なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲によって示された範囲内又は請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１０…超音波発生装置
１１…超音波発生源
１２…超音波集束部
１３…導波路
２０…貫通孔
２０Ａ…内周面
２１…第１内周面
２２…第２内周面
２３…変形部
２３Ａ…変形部
２３Ｂ…変形部
２３Ｃ…変形部
２３Ｄ…変形部
２３Ｅ…変形部
２３Ｆ…変形部
２３Ｇ…変形部
２３Ｈ…変形部
２３Ｉ…変形部
９１…液体
１００…電源装置
２１０…超音波発生装置
２１２…超音波集束部
２１３…導波路
２２０…貫通孔
２２０Ａ…内周面
２２１…第１内周面
２２２…第２内周面
３１０…超音波発生装置
３１３…導波路
３２０…貫通孔
３２０Ａ…内周面
３２３…変形部
４１０…超音波発生装置
４１３…導波路
４２０…貫通孔
４２０Ａ…内周面
４２１…第１内周面
４２２…第２内周面
４２３…変形部
６１０…超音波発生装置
６１２…超音波集束部
６１３…導波路
７１０…超音波発生装置
７１２…超音波集束部
Ａ…軸

Claims (6)

  1. 　超音波を発生する超音波発生源と、
    　前記超音波発生源から発生した超音波を集束する超音波集束部と、
    　前記超音波集束部によって集束された超音波を伝送する導波路と、を備え、
    　後端側から前記超音波発生源、前記超音波集束部、前記導波路の順に配置されてなり、
    　前記超音波集束部及び前記導波路は、前記超音波集束部及び前記導波路を先後方向に貫通する貫通孔を有し、
    　前記貫通孔を形成する内周面は、第１内周面と、前記第１内周面よりも先端側に配置される変形部と、を有し、
    　前記第１内周面は、前記先後方向に切断した断面形状が前記先後方向に直線状に延びる形状をなしており、
    　前記変形部は、前記先後方向に切断した断面において、前記第１内周面よりも内側に配置された部位、及び前記第１内周面よりも外側に配置された部位のうち少なくとも一方であり、前記内周面の周方向の一部または全周に亘って形成される
    　超音波発生装置。
  2. 　前記貫通孔は、液体が流れる流路を構成する
    　請求項１に記載の超音波発生装置。
  3. 　前記内周面は、前記変形部よりも先端側に配置される第２内周面を有し、
    　前記第２内周面は、前記先後方向に切断した断面形状が前記先後方向に直線状に延びる形状をなしている
    　請求項２に記載の超音波発生装置。
  4. 　前記変形部は、前記貫通孔のうち前記導波路を貫通する部位に設けられている
    　請求項２に記載の超音波発生装置。
  5. 　前記変形部は、前記貫通孔のうち前記超音波集束部を貫通する部位に設けられている
    　請求項２に記載の超音波発生装置。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超音波発生装置と、
    　前記超音波発生装置に電気信号を出力する電源装置と、を備えている超音波発生システム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025182608A1 (ja) * 2024-02-26 2025-09-04 日本特殊陶業株式会社 超音波発生装置
WO2025182607A1 (ja) * 2024-02-26 2025-09-04 日本特殊陶業株式会社 超音波発生装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021185646A (ja) * 2020-05-25 2021-12-09 株式会社Ｍｕ研究所 超音波照射器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE883358C (de) * 1942-03-22 1953-07-16 Siemens Ag Einrichtung zur Behandlung von Stoffen, insbesondere von Fluessigkeiten, mittels Ultraschallschwingungen
US6776352B2 (en) * 2001-11-26 2004-08-17 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Apparatus for controllably focusing ultrasonic acoustical energy within a liquid stream
JP7265977B2 (ja) * 2019-12-06 2023-04-27 日本特殊陶業株式会社 超音波発生装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021185646A (ja) * 2020-05-25 2021-12-09 株式会社Ｍｕ研究所 超音波照射器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KYOHEI YAMADAKANG CHENTAKASUKE IRIETAKASHI IIJIMASUSUMU MIYAKETAKESHI MORITA: "Fundamental Study of Tube-Type Double-Parabolic-Reflectors Ultrasonic Transducer", IEICE TECHNICAL REPORT US2021-9, June 2021 (2021-06-01)
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YAMADA, KYOHEI ET AL. : "Fundamental Study of Tube-Type Double-Parabolic-Reflectors Ultrasonic Transducer", IEICE TECHNICAL REPORT, IEICE, JP, vol. 121, no. 67 (US2021-9), 18 June 2021 (2021-06-18), JP , pages 6 - 11, XP009547618, ISSN: 2432-6380 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025182608A1 (ja) * 2024-02-26 2025-09-04 日本特殊陶業株式会社 超音波発生装置
WO2025182607A1 (ja) * 2024-02-26 2025-09-04 日本特殊陶業株式会社 超音波発生装置

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