特開 2024-64365 超音波発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064365

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】超音波発生装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/34 20060101AFI20240507BHJP

【ＦＩ】

H04R1/34 330B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172908

(22)【出願日】2022-10-28

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年３月２日、２０２２年度精密工学会春季大会学術講演会の予稿集として、ウェブサイト（ｈｔｔｐ：／／２０２２－０３ｓｐｒｉｎｇ．ｊｓｐｅ．ｏｒ．ｊｐ／ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ／）に公開。 令和４年３月１５日、２０２２年度精密工学会春季大会学術講演会において公開。

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 伸介

(72)【発明者】

【氏名】横山 広大

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 諭

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 遼

(72)【発明者】

【氏名】笠島 崇

(72)【発明者】

【氏名】森田 剛

【テーマコード（参考）】

5D019

【Ｆターム（参考）】

5D019GG04

(57)【要約】

【課題】導波路の形状を工夫することで対象物に対して新規な作用を与える。
【解決手段】超音波発生装置１０は、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。導波路１３は、軸部２０と、先端部２１と、を有している。先端部２１は、軸部２０の伝播方向先端側に位置するとともに、導波路１３の伝播方向先端を含む部分であり、伝播方向に対して直交する方向に切断した断面形状が軸部２０と形状及び面積の少なくとも一方が異なる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項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前記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前記超音波を伝送する導波路と、を備え、
前記超音波集束部は、
前記超音波発生源で発生した前記超音波を反射させる第１反射面と、
前記第１反射面で反射された前記超音波を反射させる第２反射面と、を有し、
前記第２反射面で反射した前記超音波が平面波として反射されて前記導波路に導入されるように前記第１反射面と前記第２反射面とが配置されてなる超音波発生装置であって、
前記導波路は、前記第２反射面で反射された前記超音波が伝播する伝播方向に延びる形状をなしており、軸部と先端部とを有しており、
前記軸部は、前記超音波集束部に連なるとともに、前記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の形状及び面積が前記伝播方向に沿って一定であり、
前記先端部は、前記軸部の前記伝播方向先端側に位置するとともに、前記導波路の前記伝播方向先端を含む部分であり、前記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面形状が前記軸部と形状及び面積の少なくとも一方が異なる
超音波発生装置。

【請求項2】

前記先端部は、前記伝播方向に延びる形状をなしており、前記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の面積が前記軸部よりも小さく形成されている
請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項3】

前記先端部は、前記先端部を前記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の面積が前記伝播方向に向かうにつれて小さくなるように形成された傾斜面を有する
請求項２に記載の超音波発生装置。

【請求項4】

前記先端部は、前記軸部の前記伝播方向先端から延設された第１延設部と、前記第１延設部から延設され且つ前記伝播方向に対して直交する平面方向において前記軸部の外周面よりも外側まで延びる第２延設部と、を有する
請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項5】

前記第１延設部は、前記超音波発生源側から前記軸部を介して伝送された前記超音波を前記第２延設部に向けて反射させる第３反射面を有する
請求項４に記載の超音波発生装置。

【請求項6】

前記先端部は、前記伝播方向に延びる形状をなしており、前記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の面積が前記軸部より大きく形成されている
請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項7】

前記先端部は、前記伝播方向先端側に向かうにつれて拡径するような円錐形状の振動板を有する
請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項8】

前記先端部は、前記導波路の前記伝播方向先端に開口し、前記伝播方向に対して直交する方向に前記導波路を貫通する貫通溝を有する
請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項9】

前記先端部は、前記先端部の外周面に形成され、周方向に間隔を空けて配置される複数の側面溝を有し、
前記複数の側面溝の各々は、先端側に向かうにつれて周方向の同じ方向に傾斜している
請求項１に記載の超音波発生装置。

【請求項10】

前記先端部における外周面及び端面のうち少なくとも一方は、前記軸部の外周面よりも粗い粗面を有する
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の超音波発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、超音波照射器が開示されている。この超音波照射器は、超音波振動子と、超音波振動子からの超音波を伝搬する音響伝播体と、を含んでいる。音響伝播体は、本体と、本体の前面から前方へ延びる軸体と、を備えている。本体の前面は、超音波振動子からの超音波を反射する凹型の一次反射面として機能する。本体は、一次反射面からの超音波を反射する凹型の二次反射面を有する。二次反射面で反射された超音波は、軸体に伝播される。これにより、減衰を抑制しつつ集束された超音波が、軸体によって構成される導波路に伝播される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６７７４６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術は、導波路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。

【0005】

本発明は、導波路の形状を工夫することで対象物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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［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上記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上記超音波を伝送する導波路と、を備えている。上記超音波集束部は、第１反射面と、第２反射面と、を有している。第１反射面は、超音波発生源で発生した上記超音波を反射させる。第２反射面は、第１反射面で反射された上記超音波を反射させる。第１反射面及び第２反射面は、第２反射面で反射された上記超音波が平面波として反射されて導波路に導入されるように配置されている。上記導波路は、上記第２反射面で反射された上記超音波が伝播する伝播方向に延びる形状をなしている。上記導波路は、軸部と、先端部と、を有している。上記軸部は、上記超音波集束部に連なるとともに、上記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の形状及び面積が上記伝播方向に沿って一定である。上記先端部は、上記軸部の上記伝播方向先端側に位置するとともに、上記導波路の上記伝播方向先端を含む部分であり、上記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面形状が上記軸部と形状及び面積の少なくとも一方が異なる。

【0007】

この構成によれば、超音波発生源から発生した超音波を、減衰を抑制しつつ集束させ、平面波として導波路に導入させることができる。そして、導波路に導入された超音波を、軸部によって減衰を抑制しつつ先端部側へ伝播させ、先端部の形状に応じた作用を対象物に与えることができる。

【0008】

［２］上記先端部は、上記伝播方向に延びる形状をなしており、上記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の面積が上記軸部よりも小さく形成されていてもよい。

【0009】

この構成によれば、より狭い領域に絞って対象物に超音波を与えやすい。

【0010】

［３］上記先端部は、傾斜面を有していてもよい。上記傾斜面は、上記先端部を上記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の面積が上記伝播方向に向かうにつれて小さくなるように形成されていてもよい。

【0011】

この構成によれば、先端部の外径が段差状に小さくなる構成と比較して、超音波の減衰を抑制することができる。

【0012】

［４］上記先端部は、上記軸部の上記伝播方向先端から延設された第１延設部を有していてもよい。上記先端部は、上記第１延設部から延設され且つ上記伝播方向に対して直交する平面方向において上記軸部の外周面よりも外側まで延びる第２延設部を有していてもよい。

【0013】

この構成によれば、上記伝播方向に対して直交する平面方向において軸部の外周面よりも外側に配置される対象物に対して、第２延設部から超音波又は超音波による振動を与えやすい。

【0014】

［５］上記第１延設部は、上記超音波発生源側から上記軸部を介して伝送された上記超音波を上記第２延設部に向けて反射させる第３反射面を有していてもよい。

【0015】

この構成によれば、軸部を介して伝播された超音波が、第３反射面で反射され、平面波として第２延設部の延設端まで伝播されやすい。

【0016】

［６］上記先端部は、上記伝播方向に延びる形状をなしており、上記伝播方向に対して直交する方向に切断した断面の面積が上記軸部より大きく形成されていてもよい。

【0017】

この構成によれば、先端部を対象物に接触させた場合に、対象物に対してより広い領域に超音波を与えやすい。

【0018】

［７］上記先端部は、上記伝播方向先端側に向かうにつれて拡径するような円錐形状の振動板を有していてもよい。

【0019】

この構成によれば、先端部に伝達された超音波によって振動板が振動することで、超音波を非接触で対象物に与えることができる。

【0020】

［８］上記先端部は、上記導波路の上記伝播方向先端に開口し、上記伝播方向に対して直交する方向に上記導波路を貫通する貫通溝を有していてもよい。

【0021】

この構成によれば、先端部が上記伝播方向に対して直交する方向に振動しやすくなる。

【0022】

［９］上記先端部は、上記先端部の外周面に形成され、周方向に間隔を空けて配置される複数の側面溝を有していてもよい。上記複数の側面溝の各々は、先端側に向かうにつれて周方向の同じ方向に傾斜していてもよい。

【0023】

この構成によれば、上記軸部から伝播された超音波が上記側面溝で反射されて螺旋状になり、その結果、先端部で周方向のねじり振動が生じやすくなる。

【0024】

［１０］上記先端部における外周面及び端面のうち少なくとも一方は、上記軸部の外周面よりも粗い粗面を有していてもよい。

【0025】

この構成によれば、粗面特有の作用を対象物に与えることができる。例えば、粗面の凸部のみを対象物に当てることで、点在する位置に超音波を当てることができる。また、別の例として、超音波溶着の際、粗面を対象物に押し付けることで、位置ずれを抑制しつつ対象物に超音波を与えることができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、導波路の形状を工夫することで対象物に対して新規な作用を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、第１実施形態における超音波発生装置の側断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図3】図３は、第１実施形態における導波路の正面図である。

【図4】図４は、第２実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図5】図５は、第２実施形態における導波路の正面図である。

【図6】図６は、第３実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図7】図７は、第４実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図8】図８は、第４実施形態における導波路の正面図である。

【図9】図９は、第５実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側断面図である。

【図10】図１０は、第６実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図11】図１１は、第７実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図12】図１２は、第７実施形態における導波路の正面図である。

【図13】図１３は、第１の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図14】図１４は、第２の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図15】図１５は、第３の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図16】図１６は、第３の他の実施形態における導波路の正面図である。

【図17】図１７は、第４の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図18】図１８は、第５の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図19】図１９は、第６の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した斜視図である。

【図20】図２０は、第７の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【図21】図２１は、第８の他の実施形態における超音波発生装置の先端部周辺を拡大した側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

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。

【0029】

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、前後方向に厚さを有する板状をなしている。超音波発生源１１は、環状、具体的には円環状をなしている。

【0030】

超音波発生源１１は、図示しない信号送受信回路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の前端側に設けられ、前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の前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、前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１０ＭＨｚ以下の周波数で超音波を発生させる。

【0031】

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、前後方向から見た形状が円形である。超音波集束部１２は、接合面１２Ａを有している。接合面１２Ａは、超音波集束部１２の後面に形成され、後方を向いた状態で配置されている。接合面１２Ａは、平坦な面である。接合面１２Ａは、環状、より具体的には円環状をなしている。接合面１２Ａは、超音波発生源１１の放射面１５に接合されている。

【0032】

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、前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、前方側（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は、環状をなしている。第１反射面１６の内周縁は、第１反射面１６の外周縁よりも前方に位置している。第１反射面１６は、超音波発生源１１の中心を通り前後方向に延びる軸線を回転軸として構成される回転湾曲面、具体的には回転放物面である。

【0033】

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は、後方に突出している。つまり、第２反射面１７の突出方向は後方である。第２反射面１７は、接合面１２Ａよりも後方に突出している。第２反射面１７の前端の前後方向の位置は、接合面１２Ａの前後方向の位置と同じである。第２反射面１７は、環状をなす超音波発生源１１の内側空間に配置されている。

【0034】

第１反射面１６は、超音波発生源１１で発生した超音波を、第２反射面１７に向けて反射させる。第２反射面１７は、第１反射面１６で反射された超音波を、導波路１３の後端部に向けて反射させる。第１反射面１６及び第２反射面１７は、第２反射面１７で反射された超音波が平面波として反射されて導波路１３に導入されるように配置されている。

【0035】

第２反射面１７で反射された超音波は、前方に伝播される。つまり、本実施形態では、「伝播方向」は前方である。また、「伝播方向先端」は、前端である。

【0036】

導波路１３は、超音波集束部１２の前端から前方に向かって延びる形状をなしている。つまり、導波路１３は、超音波発生源１１から超音波が放射される方向に延びている。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。

【0037】

導波路１３は、図２及び図３に示すように、軸部２０と、先端部２１と、を有している。軸部２０は、前後方向に延びる形状をなしている。軸部２０は、柱状、より具体的には、円柱状をなしている。軸部２０の後端部は、超音波集束部１２の前端部に連なっている。つまり、軸部２０は、超音波集束部１２の前端部から前方に延びている。軸部２０は、前後方向と直交する方向に切断した断面（以下、単に「断面」ともいう）の形状及び面積が前後方向に沿って一定である。

【0038】

先端部２１は、軸部２０の前方に位置している。先端部２１は、導波路１３の前端を含む。先端部２１は、断面の面積が前方に向かうにつれて小さくなるように形成されている。先端部２１は、傾斜面２２と、先端面２３と、を有している。傾斜面２２は、先端部２１の外周面に形成されている。傾斜面２２は、先端部２１の全周に形成されている。傾斜面２２は、前端側が導波路１３の径方向内側に傾くように傾斜している。先端面２３は、傾斜面２２の先端に連なっている。先端面２３は、円形をなしている。先端面２３の面積は、軸部２０の断面積よりも小さい。先端面２３の直径は、傾斜面２２の前後方向の長さよりも小さい。先端部２１は、軸部２０と同一部材によって一体に形成されている。

【0039】

１－２．超音波発生装置１０の作用及び効果の例
超音波発生源１１は、図示しない信号送受信回路から電気信号を与えられると、放射面１５から前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の前端から放射される。この構成によれば、超音波発生源１１から発生した超音波を、減衰を抑制しつつ集束させ、平面波として導波路１３に導入させることができる。そして、この構成によれば、導波路１３に導入された超音波を、減衰を抑制しつつ、導波路１３の先端側に伝播させることができる。

【0040】

更に、導波路１３の先端面２３は、軸部２０の断面積よりも小さい。この構成によれば、より狭い領域に絞って対象物に超音波を与えやすい。

【0041】

更に、先端部２１は、断面積が前方に向かうにつれて小さくなるように形成されている。この構成によれば、先端部２１の外径が段差状に小さくなる構成と比較して、超音波の減衰を抑制することができる。

【0042】

２．第２実施形態
先端部の形状は、第１実施形態の構成に限らない。第２実施形態では、第１実施形態とは先端部の形状が異なる例を説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

【0043】

第２実施形態の導波路２１３は、図４及び図５に示すように、軸部２０と、先端部２２１と、を有している。先端部２２１は、第１延設部２３１と、第２延設部２３２と、を有している。

【0044】

第１延設部２３１は、軸部２０の前端から前方に延設されている。第１延設部２３１は、柱状、より具体的には円柱状をなしている。第１延設部２３１の断面の形状及び面積は、前後方向に一定である。第１延設部２３１の断面の形状は、軸部２０の断面の形状と同じである。第１延設部２３１の断面積は、軸部２０の断面積と同じである。

【0045】

第２延設部２３２は、第１延設部２３１の外周部から延設されている。第２延設部２３２は、前後方向に対して交差（より具体的には直交）する方向に延びている。第２延設部２３２は、前後方向に対して直交する平面方向において軸部２０の外周面よりも外側まで延びている。第２延設部２３２は、柱状、より具体的には円柱状をなしている。第２延設部２３２の延設端面２３２Ａは、平坦な面であり、円形である。

【0046】

この構成によれば、前後方向に対して直交する平面方向において軸部２０の外周面よりも外側に配置される対象物に対して、第２延設部２３２から超音波又は超音波による振動を与えやすい。例えば、導波路１３に導入された超音波は、前方に向けて伝播されるため、第２延設部２３２は、前後方向に振動しやすい。したがって、この構成によれば、第２延設部２３２の延設端面２３２Ａに接触した対象物に対して、前後方向の振動を与えやすい。

【0047】

３．第３実施形態
第３実施形態では、第２実施形態で説明した第２延設部の延設端まで超音波が伝播されやすい構成について説明する。なお、以下の説明では、第２実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

【0048】

第３実施形態の導波路３１３は、図６に示すように、軸部２０と、先端部３２１と、を有している。先端部３２１は、第１延設部３３１と、第２延設部２３２と、を有している。

【0049】

第１延設部３３１は、第３反射面３３１Ａを有する点で第２実施形態の第１延設部２３１とは異なり、その他の点で共通する。第３反射面３３１Ａは、第２反射面１７（図１参照）と前後方向に対向している。第３反射面３３１Ａは、第２延設部２３２の延設端面２３２Ａと対向している。第３反射面３３１Ａと延設端面２３２Ａとの対向方向は、前後方向と交差（より具体的には直交）する方向と平行である。第３反射面３３１Ａは、第２反射面１７で反射された超音波を延設端面２３２Ａに向けて反射させる。この構成によれば、軸部２０を介して伝播された超音波が、第３反射面３３１Ａで反射され、第２延設部２３２の延設端面２３２Ａまで伝播されやすい。このため、延設端面２３２Ａから超音波を平面波として放射しやすい。

【0050】

４．第４実施形態
第４実施形態では、先端部の断面積が軸部の断面積よりも大きい構成について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

【0051】

第４実施形態の導波路４１３は、図７及び図８に示すように、軸部２０と、先端部４２１と、を有している。先端部４２１は、軸部２０の前端から前方に延びている。先端部４２１は、拡径部４３１と、定径部４３２と、を有している。

【0052】

拡径部４３１は、軸部２０の前端から前方に延びている。拡径部４３１の断面積は、前方に向けて大きくなっている。つまり、拡径部４３１は、前方に向けて拡径している。拡径部４３１の後端の断面の形状は、軸部２０の断面の形状と同じであり、円形である。拡径部４３１の後端の断面積は、軸部２０の断面積と同じである。

【0053】

定径部４３２は、拡径部４３１の前端から前方に延びている。定径部４３２の断面の形状及び面積は、前後方向に一定である。定径部４３２の後端の断面の形状は、拡径部４３１の前端の断面の形状と同じであり、円形である。定径部４３２の後端の断面積は、拡径部４３１の前端の断面積と同じである。定径部４３２の前端面は、先端部４２１の前端面を構成する。定径部４３２の前端面は、円形である。定径部４３２の前端面の面積は、軸部２０の断面積よりも大きい。

【0054】

この構成によれば、定径部４３２の前端面を対象物に接触させた場合に、対象物に対してより広い領域に超音波を与えやすい。

【0055】

５．第５実施形態
第５実施形態では、超音波を環状に放射する構成について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

【0056】

第５実施形態の導波路５１３は、図９に示すように、軸部２０と、先端部５２１と、を有している。先端部５２１は、超音波集束部１２の原理を利用して、軸部２０から伝播された超音波を環状に発散させる。先端部５２１は、第１対向面５３１と、第２対向面５３２と、第３対向面５３３と、を有している。

【0057】

第１対向面５３１は、第２反射面１７（図１参照）と前後方向に対向している。第１対向面５３１は、第２対向面５３２とも対向している。第２対向面５３２は、第３対向面５３３と対向している。第３対向面５３３は、環状、より具体的には円環状をなしている。第３対向面５３３は、平坦な面である。第３対向面５３３は、第１対向面５３１の前端よりも前方の位置に配置されている。

【0058】

第１対向面５３１は、第２反射面１７で反射された超音波を、第２対向面５３２に向けて反射させる。第２対向面５３２は、第１対向面５３１で反射された超音波を、第３対向面５３３に向けて反射させる。第２対向面５３２で反射された超音波は、第３対向面５３３から前方に放射される。この構成によれば、超音波を環状に放射させることができる。

【0059】

６．第６実施形態
第６実施形態では、対象物に対して超音波を非接触で与えることが可能な構成について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

【0060】

第６実施形態の導波路６１３は、図１０に示すように、軸部２０と、先端部６２１と、を有している。先端部６２１は、振動板６３１を有している。振動板６３１の後端は、軸部２０の前端に連なっている。振動板６３１は、前方に向かうにつれて拡径するような円錐形状をなしている。この構成によれば、先端部６２１に伝達された超音波によって振動板６３１が振動することで、超音波を非接触で対象物に与えることができる。

【0061】

７．第７実施形態
第７実施形態では、先端部の前端面に軸部の外周面よりも粗い粗面を有する構成について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

【0062】

第７実施形態の導波路７１３は、図１１及び図１２に示すように、軸部２０と、先端部７２１と、を有している。先端部７２１は、基部７３１と、基部７３１の前面に形成される粗面７３２と、を有している。基部７３１は、軸部２０の前端に設けられている。基部７３１の断面の形状は、円形である。基部７３１の断面積は、軸部２０の断面積よりも大きい。粗面７３２は、複数の凸部７３３を有している。複数の凸部７３３は、基部７３１の前面に設けられ、前方に突出している。この構成によれば、粗面７３２を対象物に当てることで、点在する位置に超音波を当てることができる。また、粗面７３２から放射される超音波によって超音波溶着を行う際、粗面７３２を対象物に押し付けることで、位置ずれを抑制しつつ対象物に超音波を与えることができる。

【0063】

＜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）上記各実施形態では、先端部が軸部と同一部材で一体に形成される構成であったが、別体で形成される構成であってもよい。先端部は、軸部と別体で構成される場合、軸部に対して着脱可能であってもよい。
（２）上記各実施形態では、軸部の形状が円柱状であったが、円柱状でなくてもよい。例えば、軸部の形状は、角柱状であってもよい。
（３）上記第１実施形態では、先端部の前後方向の全体の断面積が、軸部の断面積よりも小さい。しかし、図１３に示すように、先端部８２１の断面積が、部分的に軸部２０の断面積よりも大きくてもよい。
（４）先端部の形状は、図１４に示す先端部９２１のように、円板状であってもよい。
（５）先端部の形状は、図１５及び図１６に示す先端部１０２１のように、ナイフ形状であってもよい。
（６）先端部の形状は、図１７に示す先端部１１２１のように、ドリル形状であってもよい。
（７）先端部の形状は、図１８に示す先端部１２２１のように、球形状であってもよい。
（８）先端部は、図１９に示す先端部１３２１のように、導波路１３１３の前端に開口し、前後方向に対して直交する方向に導波路１３１３を貫通する貫通溝１３４０を有する構成であってもよい。この構成によれば、先端部１３２１が前後方向に対して直交する方向に振動しやすくなる。
（９）先端部は、図２０に示す先端部１４２１のように、先端部１４２１の外周面に形成され、周方向に間隔を空けて配置される複数の側面溝１４４０を有していてもよい。複数の側面溝１４４０は、周方向に等間隔で配置されていてもよい。複数の側面溝１４４０の各々は、先端側に向かうにつれて周方向の同じ方向に傾斜していてもよい。この構成によれば、軸部２０から伝播された超音波が側面溝１４４０で反射されて螺旋状になり、その結果、先端部１４２１で周方向のねじり振動が生じやすくなる。側面溝１４４０は、導波路１４１３の前端に開口していてもよい。周方向に隣り合う側面溝１４４０は、前後方向から見て互いに重なる位置に配置されていてもよい。この構成によれば、超音波がもれなく側面溝１４４０に当たりやすい。側面溝１４４０のうち後方から伝播された超音波を斜め前方へ反射させる傾斜反射面１４４１は、前後方向に対する傾斜角度θが５°以上で、且つ４０°以下であることが好ましい。この構成によれば、超音波が螺旋状になりやすく、先端部１４２１で周方向のねじり振動がより一層生じやすくなる。
（１０）先端部は、図２１に示す先端部１５２１のように、導波路１５１３の先端に凹部１５４０を有する構成であってもよい。凹部１５４０の形状は、特に限定されない。
（１１）上記第７実施形態では、粗面が先端部の前端面に形成されていたが、先端部の外周面に形成されていてもよい。
（１２）先端部の形状は、図７に示す先端部４２１において、定径部４３２を有していない形状であってもよい。
（１３）先端部の形状は、図７に示す先端部４２１において、定径部４３２の内側（例えば前端面）に凹部（例えば図２１に示す凹部１５４０）を有する形状であってもよい。

【0064】

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、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許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。

【符号の説明】

【0065】

１０…超音波発生装置
１１…超音波発生源
１２…超音波集束部
１２Ａ…接合面
１３…導波路
１５…放射面
１６…第１反射面
１７…第２反射面
２０…軸部
２１…先端部
２２…傾斜面
２３…先端面
２１３…導波路
２２１…先端部
２３１…第１延設部
２３２…第２延設部
２３２Ａ…延設端面
３１３…導波路
３２１…先端部
３３１…第１延設部
３３１Ａ…第３反射面
４１３…導波路
４２１…先端部
５１３…導波路
５２１…先端部
６１３…導波路
６２１…先端部
６３１…振動板
７１３…導波路
７２１…先端部
７３１…基部
７３２…粗面
８２１…先端部
９２１…先端部
１０２１…先端部
１１２１…先端部
１２２１…先端部
１３１３…導波路
１３２１…先端部
１３４０…貫通溝
１４１３…導波路
１４２１…先端部
１４４０…側面溝
１５１３…導波路
１５２１…先端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】