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(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】P2024064983
(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
H04R 17/00 20060101ALI20240507BHJP
【ＦＩ】
H04R1/34 330B
H04R17/00 330L
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023116713
(22)【出願日】2023-07-18
(31)【優先権主張番号】P 2022172901
(32)【優先日】2022-10-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【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５年５月１１日、２０２３年度超音波研究会（ＵＳ）の予稿集として、ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｅｉｃｅ．ｏｒｇ／▲～▼ｕｓ／）に公開。 令和５年５月１８日、２０２３年度超音波研究会（ＵＳ）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】鈴木 諭
(72)【発明者】
【氏名】横山 広大
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 遼
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 伸介
(72)【発明者】
【氏名】笠島 崇
(72)【発明者】
【氏名】森田 剛
(72)【発明者】
【氏名】家入 匠生
【テーマコード（参考）】
5D019
【Ｆターム（参考）】
5D019AA21
5D019FF04
5D019GG04
(57)【要約】
【課題】超音波の出力を向上できる超音波発生装置を提供する。
【解決手段】、超音波発生装置１０は、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、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と、を備え、超音波集束部１２は、超音波発生源１１と対向して配置された第一反射面１６と、第一反射面１６と対向して配置された第二反射面１７とを有し、第一反射面１６は、超音波発生源１１から発生した超音波を第二反射面１７に向かって反射させ、第二反射面１７は、第一反射面１６にて反射された超音波を導波路１３に向かって反射して導波路１３の内部に導入し、導波路１３は、第一反射面１６から第二反射面１７とは反対側に突出し、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って第二反射面１７側に凹んだ凹部４０が形成されている。
【選択図】図３
【解決手段】、超音波発生装置１０は、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、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と、を備え、超音波集束部１２は、超音波発生源１１と対向して配置された第一反射面１６と、第一反射面１６と対向して配置された第二反射面１７とを有し、第一反射面１６は、超音波発生源１１から発生した超音波を第二反射面１７に向かって反射させ、第二反射面１７は、第一反射面１６にて反射された超音波を導波路１３に向かって反射して導波路１３の内部に導入し、導波路１３は、第一反射面１６から第二反射面１７とは反対側に突出し、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って第二反射面１７側に凹んだ凹部４０が形成されている。
【選択図】図３
【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、
前記超音波集束部は、前記超音波発生源と対向して配置された第一反射面と、前記第一反射面と対向して配置された第二反射面とを有し、
前記第一反射面は、前記超音波発生源から発生した超音波を前記第二反射面に向かって反射させ、前記第二反射面は、前記第一反射面にて反射された超音波を前記導波路に向かって反射して前記導波路の内部に導入し、
前記導波路は、前記第一反射面から前記第二反射面とは反対側に突出し、前記第一反射面から前記導波路の外周面に沿って前記第二反射面側に凹んだ凹部が形成されている、超音波発生装置。
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、
前記超音波集束部は、前記超音波発生源と対向して配置された第一反射面と、前記第一反射面と対向して配置された第二反射面とを有し、
前記第一反射面は、前記超音波発生源から発生した超音波を前記第二反射面に向かって反射させ、前記第二反射面は、前記第一反射面にて反射された超音波を前記導波路に向かって反射して前記導波路の内部に導入し、
前記導波路は、前記第一反射面から前記第二反射面とは反対側に突出し、前記第一反射面から前記導波路の外周面に沿って前記第二反射面側に凹んだ凹部が形成されている、超音波発生装置。
【請求項2】
前記凹部は、空隙である、請求項１に記載の超音波発生装置。
【請求項3】
前記凹部は、充填剤によって満たされており、
前記充填剤の音響インピーダンスは、前記超音波集束部の音響インピーダンス、及び前記導波路の音響インピーダンスのいずれとも異なっている、請求項１に記載の超音波発生装置。
前記充填剤の音響インピーダンスは、前記超音波集束部の音響インピーダンス、及び前記導波路の音響インピーダンスのいずれとも異なっている、請求項１に記載の超音波発生装置。
【請求項4】
前記導波路と前記超音波集束部とは同一材料により一体に形成されている、請求項１に記載の超音波発生装置。
【請求項5】
前記導波路と前記超音波集束部とは別体に形成されて接合されており、
前記凹部は、接合された前記導波路と前記超音波集束部との間に形成されている、請求項１に記載の超音波発生装置。
前記凹部は、接合された前記導波路と前記超音波集束部との間に形成されている、請求項１に記載の超音波発生装置。
【請求項6】
前記超音波発生源は、前記超音波発生源と前記第一反射面との対向方向に直交する径方向における前記第二反射面の周囲を囲う形状であり、
前記凹部は、前記超音波発生源の内周縁を、前記対向方向に延長した第一領域よりも内周側の領域に配置されている、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。
前記凹部は、前記超音波発生源の内周縁を、前記対向方向に延長した第一領域よりも内周側の領域に配置されている、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。
【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】
従来、診断や治療などの様々な用途で用いられる超音波発生装置が知られている。例えば下記特許文献１には、超音波を発生する超音波発生源と、超音波発生源で発生した超音波を集束する超音波集束部と、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、を備えた超音波発生装置が記載されている。超音波発生源で発生した超音波は、導波路の先端まで伝送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２００６／０２８２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような超音波発生装置は、超音波の出力を向上させたいという要望がある。
【0005】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、超音波の出力を向上できる超音波発生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】
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、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、前記超音波集束部は、前記超音波発生源と対向して配置された第一反射面と、前記第一反射面と対向して配置された第二反射面とを有し、前記第一反射面は、前記超音波発生源から発生した超音波を前記第二反射面に向かって反射させ、前記第二反射面は、前記第一反射面にて反射された超音波を前記導波路に向かって反射して前記導波路の内部に導入し、前記導波路は、前記第一反射面から前記第二反射面とは反対側に突出し、前記第一反射面から前記導波路の外周面に沿って前記第二反射面側に凹んだ凹部が形成されているものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、超音波出力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】超音波発生装置の基本構成を説明する図であって、超音波発生源から発生した超音波が第一反射面に向かって直進するイメージを示す図
【図2】超音波発生装置の基本構成を説明する図であって、第一反射面にて反射された超音波が焦点に向かって集束するイメージを示す図
【図3】実施例１における超音波発生装置を示す概略断面図
【図4】実施例２における超音波発生装置を示す概略断面図
【図5】実施例３における超音波発生装置を示す概略断面図
【図6】実施例４における超音波発生装置を示す概略断面図
【図7】実施例５における超音波発生装置を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の好ましい形態を以下に示す。
[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、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、前記超音波集束部は、前記超音波発生源と対向して配置された第一反射面と、前記第一反射面と対向して配置された第二反射面とを有し、前記第一反射面は、前記超音波発生源から発生した超音波を前記第二反射面に向かって反射させ、前記第二反射面は、前記第一反射面にて反射された超音波を前記導波路に向かって反射して前記導波路の内部に導入し、前記導波路は、前記第一反射面から前記第二反射面とは反対側に突出し、前記第一反射面から前記導波路の外周面に沿って前記第二反射面側に凹んだ凹部が形成されている。このような構成によれば、超音波出力を向上できる。
[２]上記[１]に記載された超音波発生装置において、前記凹部は、空隙であるものとしてもよい。空気の音響インピーダンスは、超音波集束部及び導波路の音響インピーダンスと大きく異なる。したがって、導波路に伝搬する超音波への悪影響を効果的に抑制できる。
[３]上記[１] に記載された超音波発生装置において、前記凹部は、充填剤によって満たされており、前記充填剤の音響インピーダンスは、前記超音波集束部の音響インピーダンス、及び前記導波路の音響インピーダンスのいずれとも異なっているものとしてもよい。このような構成によれば、導波路に伝搬する超音波への悪影響を効果的に抑制できる。
[４]上記[１]から[３]のいずれかに記載された超音波発生装置において、前記導波路と前記超音波集束部とは同一材料により一体に形成されているものとしてもよい。このような構成によれば、別体の導波路と超音波集束部とを接合した場合と比較して、導波路に導入される超音波の損失を低減できるから、超音波出力を向上できる。
[５]上記[１]から[３]のいずれかに記載された超音波発生装置において、前記導波路と前記超音波集束部とは別体に形成されて接合されており、前記凹部は、接合された前記導波路と前記超音波集束部との間に形成されているものとしてもよい。このような構成によれば、導波路は、超音波集束部と別の部材であるから、超音波発生源及び超音波集束部を共通化しつつ、用途に応じて導波路を変えることができる。したがって、用途に応じて最適な導波路を用いやすくできる。また、凹部によって、導波路に伝搬する超音波への悪影響を抑制できるから、超音波出力を向上できる。
[６]上記[１]から[５]のいずれかに記載された超音波発生装置において、前記超音波発生源は、前記超音波発生源と前記第一反射面との対向方向に直交する径方向における前記第二反射面の周囲を囲う形状であり、前記凹部は、前記超音波発生源の内周縁を、前記対向方向に延長した第一領域よりも内周側の領域に配置されているものとしてもよい。このような構成によれば、凹部は、第一領域よりも内周側の領域に配置されているから、超音波発生源から発生して第一反射面へ向かう超音波の伝播領域に重ならない。したがって、凹部は、超音波発生源から発生する超音波の伝播を妨げないから、超音波出力を向上できる。
[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、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、前記超音波集束部は、前記超音波発生源と対向して配置された第一反射面と、前記第一反射面と対向して配置された第二反射面とを有し、前記第一反射面は、前記超音波発生源から発生した超音波を前記第二反射面に向かって反射させ、前記第二反射面は、前記第一反射面にて反射された超音波を前記導波路に向かって反射して前記導波路の内部に導入し、前記導波路は、前記第一反射面から前記第二反射面とは反対側に突出し、前記第一反射面から前記導波路の外周面に沿って前記第二反射面側に凹んだ凹部が形成されている。このような構成によれば、超音波出力を向上できる。
[２]上記[１]に記載された超音波発生装置において、前記凹部は、空隙であるものとしてもよい。空気の音響インピーダンスは、超音波集束部及び導波路の音響インピーダンスと大きく異なる。したがって、導波路に伝搬する超音波への悪影響を効果的に抑制できる。
[３]上記[１] に記載された超音波発生装置において、前記凹部は、充填剤によって満たされており、前記充填剤の音響インピーダンスは、前記超音波集束部の音響インピーダンス、及び前記導波路の音響インピーダンスのいずれとも異なっているものとしてもよい。このような構成によれば、導波路に伝搬する超音波への悪影響を効果的に抑制できる。
[４]上記[１]から[３]のいずれかに記載された超音波発生装置において、前記導波路と前記超音波集束部とは同一材料により一体に形成されているものとしてもよい。このような構成によれば、別体の導波路と超音波集束部とを接合した場合と比較して、導波路に導入される超音波の損失を低減できるから、超音波出力を向上できる。
[５]上記[１]から[３]のいずれかに記載された超音波発生装置において、前記導波路と前記超音波集束部とは別体に形成されて接合されており、前記凹部は、接合された前記導波路と前記超音波集束部との間に形成されているものとしてもよい。このような構成によれば、導波路は、超音波集束部と別の部材であるから、超音波発生源及び超音波集束部を共通化しつつ、用途に応じて導波路を変えることができる。したがって、用途に応じて最適な導波路を用いやすくできる。また、凹部によって、導波路に伝搬する超音波への悪影響を抑制できるから、超音波出力を向上できる。
[６]上記[１]から[５]のいずれかに記載された超音波発生装置において、前記超音波発生源は、前記超音波発生源と前記第一反射面との対向方向に直交する径方向における前記第二反射面の周囲を囲う形状であり、前記凹部は、前記超音波発生源の内周縁を、前記対向方向に延長した第一領域よりも内周側の領域に配置されているものとしてもよい。このような構成によれば、凹部は、第一領域よりも内周側の領域に配置されているから、超音波発生源から発生して第一反射面へ向かう超音波の伝播領域に重ならない。したがって、凹部は、超音波発生源から発生する超音波の伝播を妨げないから、超音波出力を向上できる。
【0010】
＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について、図１～図３を参照しつつ詳細に説明する。本実施例における超音波発生装置１０は、超音波診断装置、超音波治療装置、キャビテーション発生装置、などに用いられる。
以下、本発明を具体化した実施例１について、図１～図３を参照しつつ詳細に説明する。本実施例における超音波発生装置１０は、超音波診断装置、超音波治療装置、キャビテーション発生装置、などに用いられる。
【0011】
まず、超音波発生装置１０の基本構成について説明する。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。導波路１３によって伝送された超音波は、対象物に照射される。対象物は特に限定されず、例えば生体内であってもよい。対象物に照射された超音波は、対象物で反射し、対象物の画像情報を乗せた超音波として導波路１３内に戻る。対象物の画像情報を乗せた超音波は、導波路１３及び超音波集束部１２を介して超音波発生源１１に戻る。画像情報を乗せた超音波に応じた電気信号は、信号送受信回路によって受信され、受信された信号に含まれる画像情報は、信号表示装置に表示される。なお、画像情報を含む超音波に基づいて画像表示を行う技術は、超音波診断装置などに用いられる公知技術を採用し得る。
【0012】
超音波発生源１１は、例えば、圧電素子である。超音波発生源１１は、所定の厚さ寸法を有する板状に形成されている。超音波発生源１１は、第一主面１４と、第一主面１４とは反対側の第二主面１５とを有している。第一主面１４及び第二主面１５には、図示しない電極が配置されている。第一主面１４は、図示しない接着剤によって超音波集束部１２に接着されている。
【0013】
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から発生した超音波は、図１に示すように、矢印Ａ２方向に直進する平面波である。矢印Ａ２は、超音波発生源１１から発生した超音波の進行方向を示す。矢印Ａ２は、軸Ａ１と平行である。超音波発生源１１は、例えば、３０ｋＨｚ以上の周波数で超音波を発生させる。以下、各構成部材において、図１の矢印Ａ２が指し示す方向を上方、その反対方向を下方として説明する。
【0014】
超音波集束部１２は、第一反射面１６及び第二反射面１７を備えている。第一反射面１６は、超音波発生源１１と対向して配置されている。第一反射面１６と超音波発生源１１との対向方向は、軸Ａ１の延び方向と平行である。第一反射面１６は、超音波集束部１２の外部から見ると、上側（超音波発生源１１とは反対側）に凸な放物面である。第一反射面１６は、超音波集束部１２の内部から見ると凹型である。第一反射面１６の中心部は、第一反射面１６の外周縁１６Ｂよりも上方に位置している。第一反射面１６は、軸Ａ１を回転軸として構成される回転放物面である。
【0015】
第二反射面１７は、第一反射面１６と対向して配置されている。上記実施例において第二反射面１７は、超音波集束部１２の外部から見ると、下側（第一反射面１６とは反対側）に凸な放物面である。第二反射面１７は、超音波集束部１２の内部から見ると凹型である。第二反射面１７の中心部は、第二反射面１７の外周縁１７Ｂよりも下方に位置している。第二反射面１７は、軸Ａ１を回転軸として構成される回転放物面である。
【0016】
超音波発生源１１から発生した超音波は、図２に示すように、第一反射面１６で反射し、第一反射面１６の焦点Ｆｓに向かって集束する。焦点Ｆｓを通過した超音波は、第二反射面１７で反射し、第二反射面１７の焦点Ｆｓに向かって集束する。第二反射面１７の焦点Ｆｓは、第一反射面１６の焦点Ｆｓと一致している。第二反射面１７で反射し、焦点Ｆｓを通過した超音波は、平面波として導波路１３の内部に導入される。焦点Ｆｓは、軸Ａ１上に位置している。
【0017】
次に、超音波発生装置１０の詳細を説明する。超音波発生源１１は、軸Ａ１を中心とする円環状である。超音波発生源１１は、第二反射面１７の周囲を囲っている。超音波発生源１１の第一主面１４は、上下方向において、第二反射面１７の外周縁１７Ｂと同じ位置に配置されている。超音波発生源１１の内周縁１１Ａは、第二反射面１７の外周縁１７Ｂから、軸Ａ１と直交する径方向の外側に離間している。超音波発生源１１の外周縁１１Ｂは、第一反射面１６の外周縁１６Ｂから軸Ａ１と直交する径方向の内側に離間している。第一反射面１６の外周縁１６Ｂ及び第二反射面１７の外周縁１７Ｂは、下側から見ると、軸Ａ１を中心とする同心の円形状である。超音波発生源１１の内周縁１１Ａ及び外周縁１１Ｂは、第一主面１４の外周縁及び内周縁である。
【0018】
超音波集束部１２は、中実の金属（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、球の一部を構成するようなドーム状をなしている。超音波集束部１２は、超音波発生源１１との接着面１８を有している。接着面１８は、第二反射面１７の外周縁１７Ｂから第一反射面１６の外周縁１６Ｂまで軸Ａ１に直交する径方向外側に広がっている。接着面１８は、軸Ａ１に直交する平坦面である。接着面１８は、軸Ａ１を中心として第二反射面１７の周囲を囲う円環状である。第二反射面１７は、接着面１８よりも下側に形成されている。
【0019】
導波路１３と超音波集束部１２とは同一材料により一体に形成されている。導波路１３は、第一反射面１６の中心部から軸Ａ１に沿って上方に突出している。導波路１３の下端面は、導入面１９である。導入面１９は、後述する凹部４０によって、第一反射面１６の上端１６Ｕよりも下方に位置している。超音波は、導入面１９から導波路１３の内部に導入される。導入面１９は、軸Ａ１と直交している。
【0020】
導入面１９は、軸Ａ１を中心とする円形状である。導入面１９の軸Ａ１に直交する径寸法Ｂ１は、第二反射面１７の軸Ａ１に直交する径寸法Ｂ２よりも小さい。導入面１９の外周縁１９Ｂは、軸Ａ１と直交する方向において第二反射面１７の外周縁１７Ｂよりも内側に位置している。
【0021】
凹部４０は、導波路１３と第一反射面１６との間に形成されている。凹部４０は、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って下側（第二反射面１７側）に凹んでいる。凹部４０は、上方に開放されている。凹部４０は、上方から見ると、導波路１３の外周面１３Ｂに沿って全周に連続した円環状をなしている。凹部４０は、空気によって満たされている。凹部４０があることによって、導波路１３を通過する超音波の出力のピークは、凹部４０がないものと比べて数倍になる。
【0022】
凹部４０は、第１面４１、第２面４２及び第３面４３を有している。第１面４１は、凹部４０の下面である。第２面４２は、凹部４０のうち軸Ａ１を中心とする径方向内側の面である。第２面４２は、第一反射面１６の上端１６Ｕと同じ高さ位置から下側の部分である。第３面４３は、凹部４０のうち軸Ａ１を中心とする径方向外側の面である。
【0023】
第１面４１は、軸Ａ１と直交する平坦面である。第１面４１は、上方から見ると、軸Ａ１を中心とする円環状である。第２面４２及び第３面４３は、軸Ａ１を中心とした円筒状である。第２面４２は、導波路１３の外周面１３Ｂから連続して第１面４１まで延びている。第３面４３は、導波路１３の外周面１３Ｂから径方向の外側に離れた位置に形成されている。第３面４３の上端は、第一反射面１６の上端１６Ｕと一致している。第３面４３の軸Ａ１に直交する径寸法Ｂ３は、後述する第一領域２７の軸Ａ１に直交する径寸法Ｂ６よりも小さい。第３面４３の径寸法Ｂ３は、第３面４３の上端から下端まで一定である。
【0024】
凹部４０の幅寸法Ｂ４は、上端から下端まで一定である。凹部４０の幅寸法Ｂ４は、第１面４１と第２面４２との間の軸Ａ１に直交する方向の間隔である。凹部４０の幅寸法Ｂ４は、凹部４０の上端と下端とにおいて等しい。
【0025】
凹部４０の深さ寸法Ｂ７は、ある程度深い方が好ましい。凹部４０の深さ寸法Ｂ７は、凹部４０の上端から下端までの軸Ａ１に平行な距離である。凹部４０の上端は、第３面４３の上端である。凹部４０の下端は、第２面４２及び第３面４３の下端と一致している。凹部４０の深さ寸法Ｂ７は、超音波集束部１２を構成する材料の音速、周波数、及び導波路１３の太さ等に基づいて最適な寸法を設定するとよい。凹部４０の深さ寸法Ｂ７は、例えば０．５ｍｍ以上であるとよい。凹部４０の深さ寸法Ｂ７は、後述する第二領域２９に触れない寸法に設定されている。
【0026】
凹部４０は、超音波の伝播領域に重ならないように配置されている。具体的には、凹部４０は、超音波発生源１１から発生して第一反射面１６へ向かう超音波の伝播領域と、第一反射面１６から焦点Ｆｓに集束する超音波の伝播領域と、に重ならない。
【0027】
超音波発生源１１から発生して第一反射面１６へ向かう超音波の伝播領域は、第一領域２７よりも外周側の領域である。第一領域２７は、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを、超音波発生源１１と第一反射面１６との対向方向に延長した領域である。第一領域２７は、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを通って軸Ａ１と平行をなす全ての直線によって構成されている。第一領域２７は、軸Ａ１を中心とした円筒形状をなしている。
【0028】
凹部４０は、第一領域２７よりも内周側に配置されている。凹部４０の全体は、第一領域２７から内側に離間している。
【0029】
第一反射面１６から焦点Ｆｓに集束する超音波の伝播領域は、第二領域２９よりも外周側の領域である。第二領域２９は、第一仮想線２８から第一反射面１６の焦点Ｆｓへと延びる領域である。第二領域２９は、第一仮想線２８上の全ての点と焦点Ｆｓとを通る線分によって構成されている。第一仮想線２８は、第一領域２７と第一反射面１６とが交差する線である。第一仮想線２８は、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを、第一反射面１６上に軸Ａ１と平行に投影した線である。第一仮想線２８は、軸Ａ１を中心とした円形状をなしている。第二領域２９は、軸Ａ１を中心とした直円錐の側面形状をなしている。第二領域２９の軸Ａ１に直交する径寸法Ｂ５は、下側から上側へ向かって次第に大きくなっている。
【0030】
凹部４０は、第二領域２９よりも内周側の領域の上部に配置されている。凹部４０の全体は、第二領域２９から離間している。凹部４０の第３面４３の径寸法Ｂ３は、第１面４１より上側の第二領域２９の径寸法Ｂ５よりも小さい。
【0031】
上記のように構成された実施例によれば、以下の効果を奏する。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。超音波集束部１２は、第一反射面１６と、第二反射面１７とを有している。第一反射面１６は、超音波発生源１１と対向して配置されている。第二反射面１７は、第一反射面１６と対向して配置されている。第一反射面１６は、超音波発生源１１から発生した超音波を第二反射面１７に向かって反射させる。第二反射面１７は、第一反射面１６にて反射された超音波を導波路１３に向かって反射して導波路１３の内部に導入する。導波路１３は、第一反射面１６から第二反射面１７とは反対側に突出している。導波路１３と第一反射面１６との間には、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って第二反射面１７側に凹んだ凹部４０が形成されている。この構成によれば、超音波出力を向上できる。発明者の検討の結果、第二反射面１７を反射した波の広がりが小さい状態で導波路１３内に進入することができる事や、第二反射面１７を反射した波の一部が再度第一反射面１６に反射されることで、第二反射面１７を反射した波と干渉する事を抑制できる事が理由だと考察されている。
【0032】
凹部４０は、空隙である。空気の音響インピーダンスは、超音波集束部１２及び導波路１３の音響インピーダンスと大きく異なる。したがって、導波路１３に伝搬する超音波への悪影響を効果的に抑制できる。
【0033】
導波路１３と超音波集束部１２とは同一材料により一体に形成されている。この構成によれば、別体の導波路と超音波集束部とを接合した場合と比較して、導波路１３に導入される超音波の損失を低減できるから、超音波出力を向上できる。
【0034】
超音波発生源１１は、超音波発生源１１と第一反射面１６との対向方向に直交する径方向における第二反射面１７の周囲を囲う形状である。凹部４０は、超音波発生源１１の内周縁１１Ａを、対向方向に延長した第一領域２７よりも内周側の領域に配置されている。凹部４０は、第一領域２７よりも内周側の領域に配置されているから、超音波発生源１１から発生して第一反射面１６へ向かう超音波の伝播領域に重ならない。したがって、凹部４０は、超音波発生源１１から発生する超音波の伝播を妨げないから、超音波出力を向上できる。
【0035】
＜実施例２＞
次に、本発明を具体化した実施例２に係る超音波発生装置１０を図４によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、凹部４０の第３面４３を傾斜させた点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
次に、本発明を具体化した実施例２に係る超音波発生装置１０を図４によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、凹部４０の第３面４３を傾斜させた点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0036】
本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例１と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、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と、を備え、導波路１３と第一反射面１６との間には、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って下側に凹んだ凹部４０が形成されている。
【0037】
凹部４０は、実施例１と同様、第１面４１、第２面４２及び第３面４３を有している。第３面４３は、上端から下端に向かって導波路１３に接近する傾斜面である。第３面４３の径寸法Ｂ３は、第３面４３の上端から下端に向かって次第に小さくなっている。凹部４０の幅寸法Ｂ４は、上端から下端に向かって次第に小さくなっている。凹部４０は、実施例１と同様、超音波の伝播領域に重ならないように配置されている。
【0038】
以上のように本実施例においては、実施例１と同様、導波路１３と第一反射面１６との間に凹部４０が形成されているから、導波路１３に伝搬する超音波への悪影響を抑制でき、もって超音波出力を向上できる。
【0039】
＜実施例３＞
次に、本発明を具体化した実施例３に係る超音波発生装置１０を図５によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、凹部４０の第２面４２を傾斜させた点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
次に、本発明を具体化した実施例３に係る超音波発生装置１０を図５によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、凹部４０の第２面４２を傾斜させた点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0040】
本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例１と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、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と、を備え、導波路１３と第一反射面１６との間には、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って下側に凹んだ凹部４０が形成されている。
【0041】
凹部４０は、実施例１と同様、第１面４１、第２面４２及び第３面４３を有している。第２面４２は、上端から下端に向かって導波路１３の太さを増す方向に傾いている。凹部４０の幅寸法Ｂ４は、上端から下端に向かって次第に小さくなっている。導入面１９の径寸法Ｂ１は、導波路１３のうち第一反射面１６より上側の部分の太さよりも大きい。凹部４０は、実施例１と同様、超音波の伝播領域に重ならないように配置されている。
【0042】
以上のように本実施例においては、実施例１と同様、導波路１３と第一反射面１６との間に凹部４０が形成されているから、導波路１３に伝搬する超音波への悪影響を抑制でき、もって超音波出力を向上できる。
【0043】
＜実施例４＞
次に、本発明を具体化した実施例４に係る超音波発生装置１０を図６によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、凹部４０を充填剤４５によって満たした点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
次に、本発明を具体化した実施例４に係る超音波発生装置１０を図６によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、凹部４０を充填剤４５によって満たした点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0044】
本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例１と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、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と、を備え、導波路１３と第一反射面１６との間には、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って下側に凹んだ凹部４０が形成されている。
【0045】
凹部４０は、充填剤４５によって満たされている。充填剤４５は、凹部４０の全周にわたり下端から上端まで隙間なく充填されている。充填剤４５の音響インピーダンスと超音波集束部１２の音響インピーダンスは異なっている。充填剤４５の音響インピーダンスと導波路１３の音響インピーダンスとは異なっている。
【0046】
充填剤４５は、合成樹脂製である。充填剤４５としては、シリコンゴム等を用いてもよい。充填剤４５は、材料をスラリー化して凹部４０に充填してもよい。充填剤４５は、液状やゲル状の材料を凹部４０に流し込んで形成してもよい。充填剤４５は、個体の部品を凹部４０に嵌め込んで形成してもよい。例えば充填剤４５は、中空のリング状をなす部品であってもよい。
【0047】
以上のように本実施例においては、実施例１と同様、導波路１３と第一反射面１６との間に凹部４０が形成されているから、導波路１３に伝搬する超音波への悪影響を抑制でき、もって超音波出力を向上できる。
【0048】
凹部４０は、充填剤４５によって満たされている。充填剤４５の音響インピーダンスは、超音波集束部１２の音響インピーダンス、前記導波路１３の音響インピーダンスのいずれとも異なっている。この構成によれば、導波路１３に伝搬する超音波への悪影響を効果的に抑制できる。
【0049】
＜実施例５＞
次に、本発明を具体化した実施例５に係る超音波発生装置１０を図７によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、導波路１３と超音波集束部１２とを別体に形成し、接合部２２にて導波路１３と超音波集束部１２とを接合した点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
次に、本発明を具体化した実施例５に係る超音波発生装置１０を図７によって説明する。本実施例の超音波発生装置１０は、導波路１３と超音波集束部１２とを別体に形成し、接合部２２にて導波路１３と超音波集束部１２とを接合した点で、実施例１とは相違する。なお、実施例１と同様の構成には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0050】
本実施例に係る超音波発生装置１０は、実施例１と同様に、超音波を発生する超音波発生源１１と、超音波発生源１１から発生した超音波を集束する超音波集束部１２と、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と、を備え、導波路１３と第一反射面１６との間には、第一反射面１６から導波路１３の外周面１３Ｂに沿って下側に凹んだ凹部４０が形成されている。凹部４０は、実施例１と同様、第１面４１、第２面４２及び第３面４３を有し、超音波の伝播領域に重ならないように配置されている。
【0051】
導波路１３は、超音波集束部１２と別の部材である。導波路１３は、中実の柱状である。導波路１３は、接合部２２にて超音波集束部１２に接合されている。接合部２２は、第一反射面１６の中心部を凹ませて形成されている。接合部２２は、接合面２４と内周面２５とを有している。
【0052】
接合面２４は、接合部２２の底面である。接合面２４は、軸Ａ１と直交する平坦面である。接合面２４は、軸Ａ１を中心とする円形状である。内周面２５は、軸Ａ１を中心とした円筒状である。
【0053】
導波路１３の下端部は、導入部２１である。導入部２１は、導入面１９を含んでいる。導入部２１は、接合部２２に差し込まれている。導入部２１と接合部２２とは、接着剤２２Ａによって固定されている。接着剤２２Ａは、熱によって軟化したり、融解したりしにくい材料を用いている。接合部２２において導入面１９と接合面２４とは対向する。導入面１９と接合面２４との間は、超音波を伝搬する媒質２６で満たされている。これによって、導入面１９と接合面２４との間に空隙が形成されることを防止できる。
【0054】
凹部４０は、導波路１３と超音波集束部１２とを接合した状態において、接合部２２の内周面２５と導入部２１との間に形成されている。接合面２４のうち導入面１９を囲う部分は、凹部４０の第１面４１を構成している。導入部２１の外周面は、凹部４０の第２面４２を構成している。接合部２２の内周面２５は、凹部４０の第３面４３を構成している。
【0055】
第３面４３の径寸法Ｂ３は、内周面２５の軸Ａ１に直交する径寸法と一致している。凹部４０の幅寸法Ｂ４は、導入部２１の外周面と接合部２２の内周面２５との間の軸Ａ１に直交する方向の間隔と一致している。
【0056】
接着剤２２Ａは、凹部４０を満たす充填剤である。接着剤２２Ａは、凹部４０の全周にわたり下端から上端まで隙間なく充填されている。接着剤２２Ａの音響インピーダンスと超音波集束部１２の音響インピーダンスとは異なっている。接着剤２２Ａの音響インピーダンスと導波路１３の音響インピーダンスとは異なっている。
【0057】
以上のように本実施例においては、実施例１と同様、導波路１３と第一反射面１６との間に凹部４０が形成されているから、導波路１３に伝搬する超音波への悪影響を抑制でき、もって超音波出力を向上できる。
【0058】
導波路１３と超音波集束部１２とは別体に形成されて接合されている。凹部４０は、接合された導波路１３と超音波集束部１２との間に形成されている。この構成によれば、導波路１３は、超音波集束部１２と別の部材であるから、超音波発生源１１及び超音波集束部１２を共通化しつつ、用途に応じて導波路１３を変えることができる。したがって、用途に応じて最適な導波路１３を用いやすくできる。また、凹部４０によって導波路１３に伝搬する超音波への悪影響を抑制できるから、超音波出力を向上できる。
【0059】
＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例において第一反射面１６及び第二反射面１７は放物面である。これに限らず、第一反射面及び第二反射面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、第一反射面及び第二反射面の両方もしくは一方は、超音波発生源から発生した超音波が第一反射面および第二反射面を経由して導波路へと到達するように湾曲した面であればよい。第一反射面及び第二反射面は、多数の微小な平面で構成されていてもよい。
（２）上記実施例において超音波発生源１１は圧電セラミック材料からなる圧電素子である。これに限らず、超音波発生源は、他の圧電材料を用いることができる。超音波発生源は、例えば圧電セラミック材料の積層体などであってもよい。
（３）上記実施例において導入面１９を第二反射面１７に平行投影すると、導入面１９の全体は第二反射面１７内に収まっている。これに限らず、導入面の一部は第二反射面の外側にはみ出してもよい。
（４）上記実施例において導波路１３および超音波集束部１２はそれぞれ中実である。これに限らず、導波路及び超音波集束部は中実でなくてもよい。例えば、導波路及び超音波集束部の内部に、貫通孔や流路が形成されていてもよい。具体的には、導波路は、上下方向に延びた筒状をなしていてもよい。超音波集束部には、導波路の内部空間と連通して上下方向に貫通孔が形成されていてもよい。
（５）上記実施例において、超音波集束部１２は球の一部を構成するようなドーム状をなしている。これに限らず、超音波集束部は、図示の断面形状を超音波発生源と第一反射面との対向方向と直交する方向（例えば紙面奥行き方向）に延ばした形状であってもよい。
（６）上記実施例において導波路１３は、軸Ａ１に沿って上方に延びた柱状をなしている。これに限らず、導波路は、図示の断面形状を超音波発生源と第一反射面との対向方向と直交する方向（例えば紙面奥行き方向）に延ばした壁状であってもよい。
（７）上記実施例において第二反射面１７は、接着面１８よりも下側に形成されている。これに限らず、第二反射面は接着面から上側に凹んでいてもよい。この場合、第二反射面は、超音波集束部の外部から見ると、上側（第一反射面側）に凸な放物面であってよい。この場合であっても、超音波発生源から発生した超音波は、第一反射面及び第二反射面で反射し、平面波として導波路の内部に導入される。またこの場合、超音波発生源は、中心部に開口を有さない円形の板状であってもよい。
（８）上記実施例において凹部４０は、導波路１３の外周面１３Ｂに沿って全周に連続した環状をなしている。これに限らず、凹部は、導波路の外周面の周方向の一部に形成されたスリットであってもよい。この場合、凹部は、導波路の外周面に沿って所定の間隔をあけて複数形成されてもよい。
（９）上記実施例において第１面４１は軸Ａ１と直交する平坦面である。これに限らず、第１面は、軸を中心とした径方向に傾斜していてもよい。
（１０）上記実施例において第２面４２及び第３面４３は上方から見ると導波路１３と同心の円形状である。これに限らず、第２面及び第３面を上方からみた形状は、導波路と異なる形状であってもよく、略楕円形や略方形等であってもよい。
（１１）上記実施例の第２面４２及び第３面４３は、図示断面において直線状をなしている。これに限らず、第２面及び第３面は図示断面において湾曲していてもよい。
（１２）上記実施例５において導波路１３と超音波集束部１２とは圧入など、加圧によって固定されてもよい。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例において第一反射面１６及び第二反射面１７は放物面である。これに限らず、第一反射面及び第二反射面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、第一反射面及び第二反射面の両方もしくは一方は、超音波発生源から発生した超音波が第一反射面および第二反射面を経由して導波路へと到達するように湾曲した面であればよい。第一反射面及び第二反射面は、多数の微小な平面で構成されていてもよい。
（２）上記実施例において超音波発生源１１は圧電セラミック材料からなる圧電素子である。これに限らず、超音波発生源は、他の圧電材料を用いることができる。超音波発生源は、例えば圧電セラミック材料の積層体などであってもよい。
（３）上記実施例において導入面１９を第二反射面１７に平行投影すると、導入面１９の全体は第二反射面１７内に収まっている。これに限らず、導入面の一部は第二反射面の外側にはみ出してもよい。
（４）上記実施例において導波路１３および超音波集束部１２はそれぞれ中実である。これに限らず、導波路及び超音波集束部は中実でなくてもよい。例えば、導波路及び超音波集束部の内部に、貫通孔や流路が形成されていてもよい。具体的には、導波路は、上下方向に延びた筒状をなしていてもよい。超音波集束部には、導波路の内部空間と連通して上下方向に貫通孔が形成されていてもよい。
（５）上記実施例において、超音波集束部１２は球の一部を構成するようなドーム状をなしている。これに限らず、超音波集束部は、図示の断面形状を超音波発生源と第一反射面との対向方向と直交する方向（例えば紙面奥行き方向）に延ばした形状であってもよい。
（６）上記実施例において導波路１３は、軸Ａ１に沿って上方に延びた柱状をなしている。これに限らず、導波路は、図示の断面形状を超音波発生源と第一反射面との対向方向と直交する方向（例えば紙面奥行き方向）に延ばした壁状であってもよい。
（７）上記実施例において第二反射面１７は、接着面１８よりも下側に形成されている。これに限らず、第二反射面は接着面から上側に凹んでいてもよい。この場合、第二反射面は、超音波集束部の外部から見ると、上側（第一反射面側）に凸な放物面であってよい。この場合であっても、超音波発生源から発生した超音波は、第一反射面及び第二反射面で反射し、平面波として導波路の内部に導入される。またこの場合、超音波発生源は、中心部に開口を有さない円形の板状であってもよい。
（８）上記実施例において凹部４０は、導波路１３の外周面１３Ｂに沿って全周に連続した環状をなしている。これに限らず、凹部は、導波路の外周面の周方向の一部に形成されたスリットであってもよい。この場合、凹部は、導波路の外周面に沿って所定の間隔をあけて複数形成されてもよい。
（９）上記実施例において第１面４１は軸Ａ１と直交する平坦面である。これに限らず、第１面は、軸を中心とした径方向に傾斜していてもよい。
（１０）上記実施例において第２面４２及び第３面４３は上方から見ると導波路１３と同心の円形状である。これに限らず、第２面及び第３面を上方からみた形状は、導波路と異なる形状であってもよく、略楕円形や略方形等であってもよい。
（１１）上記実施例の第２面４２及び第３面４３は、図示断面において直線状をなしている。これに限らず、第２面及び第３面は図示断面において湾曲していてもよい。
（１２）上記実施例５において導波路１３と超音波集束部１２とは圧入など、加圧によって固定されてもよい。
【符号の説明】
【0060】
１０…超音波発生装置
１１…超音波発生源
１１Ａ…内周縁
１１Ｂ…外周縁
１２…超音波集束部
１３…導波路
１３Ｂ…外周面
１４…第一主面
１５…第二主面
１６…第一反射面
１６Ｂ…外周縁
１６Ｕ…上端
１７…第二反射面
１７Ｂ…外周縁
１８…接着面
１９…導入面
１９Ｂ…外周縁
２１…導入部
２２…接合部
２２Ａ…接着剤
２４…接合面
２５…内周面
２６…媒質
２７…第一領域
２８…第一仮想線
２９…第二領域
４０…凹部
４１…第１面
４２…第２面
４３…第３面
４５…充填剤
Ａ１…軸
Ａ２…矢印
Ｂ１…導入面の径寸法
Ｂ２…第二反射面の径寸法
Ｂ３…第３面の径寸法
Ｂ４…凹部の幅寸法
Ｂ５…第二領域の径寸法
Ｂ６…第一領域の径寸法
Ｂ７…凹部の深さ寸法
Ｆｓ…焦点
１１…超音波発生源
１１Ａ…内周縁
１１Ｂ…外周縁
１２…超音波集束部
１３…導波路
１３Ｂ…外周面
１４…第一主面
１５…第二主面
１６…第一反射面
１６Ｂ…外周縁
１６Ｕ…上端
１７…第二反射面
１７Ｂ…外周縁
１８…接着面
１９…導入面
１９Ｂ…外周縁
２１…導入部
２２…接合部
２２Ａ…接着剤
２４…接合面
２５…内周面
２６…媒質
２７…第一領域
２８…第一仮想線
２９…第二領域
４０…凹部
４１…第１面
４２…第２面
４３…第３面
４５…充填剤
Ａ１…軸
Ａ２…矢印
Ｂ１…導入面の径寸法
Ｂ２…第二反射面の径寸法
Ｂ３…第３面の径寸法
Ｂ４…凹部の幅寸法
Ｂ５…第二領域の径寸法
Ｂ６…第一領域の径寸法
Ｂ７…凹部の深さ寸法
Ｆｓ…焦点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】