JP2015032843A - Ultrasonic vibrator - Google Patents

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黒田 淳
Atsushi Kuroda
淳 黒田
康晴 大西
Yasuharu Onishi
康晴 大西
元喜 菰田
Motoyoshi Komoda
元喜 菰田
重夫 佐藤
Shigeo Sato
重夫 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that when a diaphragm and a metallic cone are connected by an adhesion strut obtained by solidifying an adhesive, variation in the mechanical characteristics of an ultrasonic vibrator cannot be suppressed, and two resonant frequencies occurring when the ultrasonic vibrator vibrates cannot be controlled, and to provide an ultrasonic vibrator which allows for control of two resonant frequencies while suppressing variation of mechanical characteristics.SOLUTION: An ultrasonic vibrator includes a diaphragm constituted to include a sound wave radiation member, a piezoelectric element, and struts of bobbin-shape being bonded to the diaphragm and sound wave radiation member, respectively.

Description

本発明は、超音波振動子に関する。   The present invention relates to an ultrasonic transducer.

近年、高い指向性を持つパラメトリックスピーカ(所謂、超音波スピーカ)の研究開発が進んでいる。パラメトリックスピーカを含む音響システムは、目的とする場所(スポット)に向けて音を聞かせることができるので、ノイズの多い状況下での利用に適する。パラメトリックスピーカに使用されるのが超音波振動子である。超音波スピーカでは、複数の超音波振動子をアレイ状に配置する。また、アレイ状に配置された超音波振動子に対し、その共振周波数に一致する周波数を持つキャリア信号を使用して変調された可聴音信号の変調波を入力する。可聴音信号を変調する際の方式には、例えば、FM(Frequency modulation)、AM(Amplitude modulation)、SSB(Single side band modulation)等が使用できる。   In recent years, research and development of parametric speakers (so-called ultrasonic speakers) having high directivity have been advanced. An acoustic system including a parametric speaker is suitable for use in a noisy situation because sound can be heard toward a target place (spot). An ultrasonic transducer is used for a parametric speaker. In the ultrasonic speaker, a plurality of ultrasonic transducers are arranged in an array. Also, a modulated wave of an audible sound signal modulated using a carrier signal having a frequency that matches the resonance frequency is input to the ultrasonic transducers arranged in an array. As a method for modulating the audible sound signal, for example, FM (Frequency modulation), AM (Amplitude modulation), SSB (Single side band modulation) or the like can be used.

特許文献1において、可聴帯域でのスピーカにおいて、周波数特性の平坦性を向上させるための技術が開示されている。特許文献2において、超音波帯域において使用される超音波マイクロフォンであって、振動板の寸法により共振周波数を調整する技術が開示されている。特許文献3において、可聴帯域で使用する圧電素子を使用したスピーカの薄型化を可能とする構造が開示されている。特許文献4において、複数の圧電素子を使用し、出力音圧レベルを向上させる技術が開示されている。   Patent Document 1 discloses a technique for improving the flatness of frequency characteristics in a speaker in an audible band. Patent Document 2 discloses a technique for adjusting a resonance frequency according to the size of a diaphragm, which is an ultrasonic microphone used in an ultrasonic band. Patent Document 3 discloses a structure that enables a speaker to be thinned using a piezoelectric element used in an audible band. Patent Document 4 discloses a technique for improving an output sound pressure level by using a plurality of piezoelectric elements.

特開昭63−263900号公報JP 63-263900 A 特開平04−217200号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-217200 実公昭60−024056号公報Japanese Utility Model Publication No. 60-024056 実開平01−030996号公報Japanese Utility Model Publication No. 01-030996

なお、上記先行技術文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。   Each disclosure of the above prior art document is incorporated herein by reference. The following analysis was made by the present inventors.

図7は、超音波振動子200の断面の一例を示す図である。図7を参照すると、超音波振動子200は、圧電素子201と金属板202とを接着剤により貼り合わせてなる振動板203を備える。また、超音波帯域での振動に耐え、且つ、振動板203と金属コーン205の間の隙間(クリアランス)を十分に確保するため、接着支柱204により、振動板203と金属コーン205は接着される。なお、接着支柱204は、十分な量の接着剤を個化させることで円柱状に形成され、接着支柱204自身にて1つの部材を構成する(図8及び図9参照)。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a cross section of the ultrasonic transducer 200. Referring to FIG. 7, the ultrasonic transducer 200 includes a vibration plate 203 formed by bonding a piezoelectric element 201 and a metal plate 202 with an adhesive. In addition, the vibration plate 203 and the metal cone 205 are bonded to each other by the adhesive support column 204 in order to withstand vibration in the ultrasonic band and to ensure a sufficient gap (clearance) between the vibration plate 203 and the metal cone 205. . The adhesive strut 204 is formed into a cylindrical shape by individualizing a sufficient amount of adhesive, and the adhesive strut 204 itself constitutes one member (see FIGS. 8 and 9).

ここで、図7〜図9に示す超音波振動子200の量産時において、接着支柱204を形成する接着剤の量や接着剤の形状が均一ではないことに起因し、超音波振動子200の機械的特性(スティフネス、摩擦損失)にばらつきが生じる可能性がある。超音波振動子200の特性(音量や周波数特性)への影響を考慮すれば、超音波振動子200の機械的特性のばらつきは最小限であることが望ましい。しかし、個化させた接着剤により接着支柱204を形成する場合には、その形状が一定せず、超音波振動子200の機械的特性のばらつきが増大する。   Here, at the time of mass production of the ultrasonic vibrator 200 shown in FIGS. 7 to 9, the amount of adhesive forming the adhesive support column 204 and the shape of the adhesive are not uniform, Variations in mechanical properties (stiffness, friction loss) can occur. Considering the influence on the characteristics (sound volume and frequency characteristics) of the ultrasonic vibrator 200, it is desirable that the variation in the mechanical characteristics of the ultrasonic vibrator 200 is minimal. However, in the case where the adhesive support column 204 is formed by an individualized adhesive, the shape thereof is not constant, and the variation in the mechanical characteristics of the ultrasonic transducer 200 increases.

さらに、個化した接着剤により接着支柱204を形成すると、その形状が制限されることで超音波振動子200の共振周波数の制御が制限される。超音波振動子200の電気機械等価回路の一例を示す図10において、αは振動板203(圧電素子201及び金属板202)、βは接着支柱204、γは金属コーン205の各構成要素を示す。また、振動板203等の構成要素の質量をm、摩擦損失をr、スティフネスをsと表記する。例えば、mαは、振動板203の質量を示す。さらに、圧電素子201の駆動力を「Gα」と表記し、超音波振動子200の機械的振動変位をXとして示す。なお、機械的振動変位Xは、電気的には電荷の変動量に相当する。 Further, when the adhesive support column 204 is formed by an individualized adhesive, the shape of the adhesive support column 204 is limited, so that control of the resonance frequency of the ultrasonic transducer 200 is limited. In FIG. 10 showing an example of an electromechanical equivalent circuit of the ultrasonic transducer 200, α indicates each component of the vibration plate 203 (the piezoelectric element 201 and the metal plate 202), β indicates the adhesive support 204, and γ indicates each component of the metal cone 205. . In addition, the mass of a component such as the diaphragm 203 is denoted by m, the friction loss is denoted by r, and the stiffness is denoted by s. For example, m α represents the mass of the diaphragm 203. Further, the driving force of the piezoelectric element 201 is denoted as “G α ”, and the mechanical vibration displacement of the ultrasonic transducer 200 is denoted as X. The mechanical vibration displacement X is electrically equivalent to the amount of change in electric charge.

図10に示す等価回路は、以下の式(1)及び(2)のように、2本の常微分方程式として記載できる。

Figure 2015032843

Figure 2015032843

なお、式(1)及び(2)の導出の際、接着支柱204の質量mβは、振動板203の質量mαと比較して極めて小さいため、接着支柱204はスティフネスsβ及び摩擦損失rβにより表現できると仮定している。式(1)及び(2)はそれぞれ、2階の常微分方程式であるから、特性方程式を導出することで、正の周波数領域に2つの固有周波数が存在することが明らかである。このことは、超音波振動子200の電気コンダクタンスの一例を示す図11からも理解できる。 The equivalent circuit shown in FIG. 10 can be described as two ordinary differential equations as in the following formulas (1) and (2).

Figure 2015032843

Figure 2015032843

Note that when deriving the formulas (1) and (2), the mass m β of the adhesive strut 204 is extremely small compared to the mass m α of the diaphragm 203, and therefore the adhesive strut 204 has a stiffness s β and a friction loss r. It is assumed that it can be expressed by β . Since Equations (1) and (2) are second-order ordinary differential equations, it is clear that there are two natural frequencies in the positive frequency region by deriving the characteristic equation. This can also be understood from FIG. 11 showing an example of the electrical conductance of the ultrasonic transducer 200.

また、(1)及び(2)において、超音波振動子200の加振力及び振動は正弦波であるとして、式(1)及び(2)から共振周波数ω及びωを算出すると、以下の式(3)及び(4)のとおりとなる。

Figure 2015032843

Figure 2015032843
Further, in (1) and (2), assuming that the excitation force and vibration of the ultrasonic transducer 200 are sine waves, the resonance frequencies ω 1 and ω 2 are calculated from the equations (1) and (2). (3) and (4).

Figure 2015032843

Figure 2015032843

式(3)及び(4)を参照すると、共振周波数ωは、接着支柱204のスティフネスsβに応じて変化し、スティフネスsβが小さいほど2つの共振周波数が近接することが分かる。 Referring to Equations (3) and (4), it can be seen that the resonance frequency ω 2 changes according to the stiffness s β of the adhesive strut 204, and the two resonance frequencies are closer as the stiffness s β is smaller.

また、上述のように、超音波帯域での振動に耐え、且つ、振動板203と金属コーン205の間のクリアランスを十分に確保するために、接着支柱204を形成する接着剤は相当量必要である。つまり、接着支柱204を形成する接着剤の量は、所定量以下にはできない。使用する接着剤の量が制限されると、2つの共振周波数の差分(ギャップ)や比率を自由に設定できない。2つの共振周波数の差分や比率は、超音波振動子200が発する音波の特性(音量や周波数特性)を特徴付けるものであるため、2つの共振周波数を柔軟に制御できないと(2つの共振周波数の差分や比率を自由に設定できないと)、超音波振動子200を設計する際の自由度が阻害される。   In addition, as described above, a considerable amount of adhesive is required to form the adhesive struts 204 in order to withstand vibrations in the ultrasonic band and to ensure a sufficient clearance between the diaphragm 203 and the metal cone 205. is there. That is, the amount of the adhesive that forms the adhesive support column 204 cannot be less than a predetermined amount. If the amount of the adhesive to be used is limited, the difference (gap) or ratio between the two resonance frequencies cannot be set freely. Since the difference or ratio between the two resonance frequencies characterizes the characteristics (sound volume and frequency characteristics) of the sound wave emitted by the ultrasonic transducer 200, the two resonance frequencies cannot be flexibly controlled (difference between the two resonance frequencies). If the ratio cannot be set freely), the degree of freedom in designing the ultrasonic transducer 200 is hindered.

以上のことから、本発明は、機械的特性のばらつきを抑制しつつ、2つの共振周波数の制御を可能とすることに寄与する超音波振動子を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer that contributes to enabling control of two resonance frequencies while suppressing variations in mechanical characteristics.

本発明の第1の視点によれば、音波放射部材と、圧電素子を備えて構成される振動板と、前記振動板と前記音波放射部材のそれぞれに接着される、ボビン形状の支柱と、を備える超音波振動子が提供される。   According to a first aspect of the present invention, a sound wave radiating member, a diaphragm configured to include a piezoelectric element, and a bobbin-shaped column bonded to each of the vibration plate and the sound wave radiating member, An ultrasonic transducer is provided.

本発明の一視点によれば、機械的特性のばらつきを抑制しつつ、2つの共振周波数の制御を可能とすることに寄与する超音波振動子が、提供される。   According to one aspect of the present invention, an ultrasonic transducer that contributes to enabling control of two resonance frequencies while suppressing variation in mechanical characteristics is provided.

一実施形態の概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of one Embodiment. 第1の実施形態に係る超音波振動子10の断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross section of the ultrasonic transducer | vibrator 10 which concerns on 1st Embodiment. 超音波振動子10の立体図の一例である。1 is an example of a three-dimensional view of an ultrasonic transducer 10. 図3に示す超音波振動子10の分解図の一例である。It is an example of the exploded view of the ultrasonic transducer | vibrator 10 shown in FIG. 超音波振動子10の立体図の別の一例である。4 is another example of a three-dimensional view of the ultrasonic transducer 10. 図5に示す超音波振動子10の分解図の別の一例である。It is another example of the exploded view of the ultrasonic transducer | vibrator 10 shown in FIG. 超音波振動子200の断面の一例を示す図である。2 is a diagram illustrating an example of a cross section of an ultrasonic transducer 200. FIG. 超音波振動子200の立体図の一例である。3 is an example of a three-dimensional view of an ultrasonic transducer 200. FIG. 図8に示す超音波振動子200の分解図の一例である。It is an example of the exploded view of the ultrasonic transducer | vibrator 200 shown in FIG. 超音波振動子200の電気機械等価回路の一例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of an electromechanical equivalent circuit of an ultrasonic transducer 200. FIG. 超音波振動子200の電気コンダクタンスの実測値の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of an actual measurement value of electric conductance of an ultrasonic transducer 200. FIG.

初めに、図1を用いて一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。   First, an outline of an embodiment will be described with reference to FIG. Note that the reference numerals of the drawings attached to the outline are attached to the respective elements for convenience as an example for facilitating understanding, and the description of the outline is not intended to be any limitation.

上述のように、振動板と金属コーンを、接着剤を固化させることで得られる接着支柱により接続すると、超音波振動子の機械的特性のばらつきが抑制できず、また、超音波振動子が振動する際に生じる2つの共振周波数を制御することができない。そのため、機械的特性のばらつきを抑制しつつ、2つの共振周波数の制御を可能とすることに寄与する超音波振動子が望まれる。   As described above, if the diaphragm and the metal cone are connected by the adhesive support obtained by solidifying the adhesive, variations in the mechanical characteristics of the ultrasonic vibrator cannot be suppressed, and the ultrasonic vibrator vibrates. It is impossible to control the two resonance frequencies generated when Therefore, an ultrasonic transducer that contributes to enabling control of two resonance frequencies while suppressing variations in mechanical characteristics is desired.

そこで、一例として図1に示す超音波振動子100を提供する。超音波振動子100は、音波放射部材101と、圧電素子を備えて構成される振動板102と、振動板102と音波放射部材101のそれぞれに接着される、ボビン形状の支柱103と、を備える。   Therefore, as an example, the ultrasonic transducer 100 shown in FIG. 1 is provided. The ultrasonic transducer 100 includes a sound wave radiating member 101, a vibration plate 102 including a piezoelectric element, and a bobbin-shaped column 103 bonded to each of the vibration plate 102 and the sound wave radiation member 101. .

超音波振動子100は、接着剤を固化することで得られる接着支柱に代えて、例えば、樹脂や金属を主材料とする支柱103を用いて、振動板102と音波放射部材101を接続する。また、支柱103の形状をボビン形状とすることで、振動板102や音波放射部材101との接着面の面積を十分確保し、必要な接着強度を与える。さらに、支柱103における支柱部分の径を変更することで、支柱103のスティフネスが変化し、2つの共振周波数の差分や比率を制御できる。   The ultrasonic transducer 100 connects the vibration plate 102 and the sound wave emitting member 101 using, for example, a support column 103 mainly made of resin or metal instead of the adhesive support column obtained by solidifying the adhesive. Further, by making the shape of the support column 103 into a bobbin shape, a sufficient area of the bonding surface with the vibration plate 102 and the sound wave radiating member 101 is secured, and a necessary bonding strength is given. Furthermore, by changing the diameter of the column portion of the column 103, the stiffness of the column 103 is changed, and the difference or ratio between the two resonance frequencies can be controlled.

以下に具体的な実施の形態について、図面を参照してさらに詳しく説明する。   Hereinafter, specific embodiments will be described in more detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
第1の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
[First Embodiment]
The first embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.

図2は、第1の実施形態に係る超音波振動子10の断面の一例を示す図である。図2を参照すると、超音波振動子10は、圧電素子11と金属板12を接着剤により貼り合わせることで得られる振動板13を備える。なお、圧電素子11と金属板12を接着する接着剤の厚みは極めて薄く、使用される量も微量であるため、図示を省略する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cross section of the ultrasonic transducer 10 according to the first embodiment. Referring to FIG. 2, the ultrasonic transducer 10 includes a vibration plate 13 obtained by bonding a piezoelectric element 11 and a metal plate 12 with an adhesive. In addition, since the thickness of the adhesive agent which adhere | attaches the piezoelectric element 11 and the metal plate 12 is very thin, and the quantity used is also a trace amount, illustration is abbreviate | omitted.

振動板13は、弾性材16を介して、フレーム17に固定される。超音波振動子10への電気信号の入力は、端子18により行われる。音波は、主として金属コーン15から放射される。即ち、金属コーン15は上述の音波放射部材101に相当する。   The diaphragm 13 is fixed to the frame 17 via an elastic material 16. An electric signal is input to the ultrasonic transducer 10 through a terminal 18. Sound waves are mainly emitted from the metal cone 15. That is, the metal cone 15 corresponds to the above-described sound wave radiating member 101.

圧電素子11は、圧電の電歪効果を利用して振動振幅を発生させる素子である。圧電素子11は、2つの電極(図示せず)の間に圧電セラミックス(図示せず)が挟み込まれた構造を備える。圧電セラミックスとしては、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などを使用することができる。勿論、各種の多くの圧電セラミックス等の圧電素子を必要に応じ選択して用いることができる。   The piezoelectric element 11 is an element that generates a vibration amplitude using the electrostrictive effect of piezoelectricity. The piezoelectric element 11 has a structure in which a piezoelectric ceramic (not shown) is sandwiched between two electrodes (not shown). As the piezoelectric ceramic, for example, PZT (lead zirconate titanate) can be used. Of course, various piezoelectric elements such as various piezoelectric ceramics can be selected and used as necessary.

金属板12や金属コーン15に用いる金属材料としては、例えば、リン青銅、ステンレス、マグネシウム、アルミニウム、チタン又はベリリウム、或いはこれらの合金などが例示される。   Examples of the metal material used for the metal plate 12 and the metal cone 15 include phosphor bronze, stainless steel, magnesium, aluminum, titanium, beryllium, and alloys thereof.

弾性材16には、例えば、ウレタンゴム、二トリル系ゴム等の弾性を有する材料を用いることができる。また、フレーム17には、例えば、樹脂材料や、真鍮、ステンレス等を用いることができる。   For the elastic material 16, for example, an elastic material such as urethane rubber or nitrile rubber can be used. For the frame 17, for example, a resin material, brass, stainless steel, or the like can be used.

第1の実施形態に係る超音波振動子10と超音波振動子200の相違点の1つは、接着支柱204に代えて、支柱14により振動板13と金属コーン15を接続する点である。   One of the differences between the ultrasonic transducer 10 and the ultrasonic transducer 200 according to the first embodiment is that the vibrating plate 13 and the metal cone 15 are connected by a column 14 instead of the adhesive column 204.

支柱14は、樹脂又は金属を主材料とし、接着支柱204のように接着剤を個化させることで得られる部材ではない。つまり、接着支柱204のように、超音波振動子の製造工程において、接着剤を個化させて得るものではないため、支柱14の機械的特性のばらつきは抑制される。また、支柱14は、円盤形状の接着面と、接着面を連結する支柱部分とからなるボビン型の形状を有している。   The support | pillar 14 is not a member obtained by making resin or a metal a main material, and individualizing an adhesive like the adhesion | attachment support | pillar 204. FIG. That is, unlike the adhesive strut 204, it is not obtained by individualizing the adhesive in the manufacturing process of the ultrasonic vibrator, so that the variation in the mechanical characteristics of the strut 14 is suppressed. Moreover, the support | pillar 14 has a bobbin type shape which consists of a disk-shaped adhesion surface and the support | pillar part which connects an adhesion surface.

図3は、超音波振動子10の立体図の一例である。図4は、図3に示す超音波振動子10の分解図の一例である。なお、図3及び図4では、振動板13(圧電素子11、金属板12)、支柱14及び金属コーン15に限り図示している。   FIG. 3 is an example of a three-dimensional view of the ultrasonic transducer 10. FIG. 4 is an example of an exploded view of the ultrasonic transducer 10 shown in FIG. 3 and 4, only the diaphragm 13 (piezoelectric element 11 and metal plate 12), the support column 14 and the metal cone 15 are illustrated.

支柱14の接着面は、振動板13及び金属コーン15との接着強度が十分となるように、接着対象の形状に適合した形状、大きさとなっている。具体的には、支柱14の振動板13との接着面は、平坦な円盤形状とすることで、平坦な振動板13との接着強度を確保している。一方、支柱14の金属コーン15との接着面は、金属コーン15の形状に倣って中央部に窪みを持たせている。支柱14の金属コーン15との接着面を、金属コーン15の形状に適合させることで、接着強度を確保している。   The adhesion surface of the support column 14 has a shape and size suitable for the shape of the object to be adhered so that the adhesion strength between the vibration plate 13 and the metal cone 15 is sufficient. Specifically, the adhesive surface of the support column 14 with the diaphragm 13 has a flat disk shape, thereby ensuring the adhesive strength with the flat diaphragm 13. On the other hand, the adhesion surface of the support column 14 with the metal cone 15 has a recess in the center portion following the shape of the metal cone 15. Adhesive strength is ensured by adapting the adhesion surface of the support column 14 to the metal cone 15 to match the shape of the metal cone 15.

このように、支柱14の接着面の形状を、接着する対象物に適合させているため、塗布する接着剤が少量であっても十分な接着強度が確保できる。即ち、支柱14における振動板13及び金属コーン15との接着面の形状を工夫することで、充分な接着強度を確保する。   Thus, since the shape of the adhesion surface of the support | pillar 14 is adapted to the target object to adhere | attach, sufficient adhesive strength is securable even if the adhesive agent to apply | coat is small. That is, by devising the shape of the adhesion surface between the diaphragm 13 and the metal cone 15 in the support column 14, sufficient adhesion strength is ensured.

また、支柱14をボビン形状とすることで、振動板13と金属コーン15の接着面を連結する支柱部分の径を自由に調整できる(例えば、図2においては、支柱部分の径を接着面の直径よりも細くしている)。上述のように、支柱14における支柱部分の径を変更すれば、そのスティフネスも変化し、2つの共振周波数の差分(周波数ギャップ)を自由に調整できる。   Moreover, by making the support column 14 into a bobbin shape, the diameter of the support column portion that connects the bonding surface of the diaphragm 13 and the metal cone 15 can be freely adjusted (for example, in FIG. It is thinner than the diameter). As described above, if the diameter of the column portion of the column 14 is changed, the stiffness also changes, and the difference (frequency gap) between the two resonance frequencies can be freely adjusted.

理解の容易のため、金属コーン15と振動板13の等価定数が実質的に一致し、かつ、全ての減衰を排除した場合を仮定すれば、2つの共振周波数ω、ω(ω<ω)の比率は、以下の式(5)により導出できる。

Figure 2015032843

従って、支柱14における支柱部分の径を調整することによりスティフネスsβもまた調整可能であり、結果的に2つの共振周波数の差分や比率が制御できる。つまり、2つの共振周波数の差分又は比率は、支柱14の支柱部分の径に応じて定まる。あるいは、支柱14における支柱部分の径は、超音波振動子10の振動板13の駆動により金属コーン15を振動させた際に生じる2つの共振周波数をどのように制御するかに応じて定まるといえる。 For the sake of easy understanding, if it is assumed that the equivalent constants of the metal cone 15 and the diaphragm 13 are substantially the same and all damping is eliminated, the two resonance frequencies ω 1 , ω 21 < The ratio of ω 2 ) can be derived from the following equation (5).

Figure 2015032843

Therefore, even stiffness s beta by adjusting the diameter of the strut portion in the pillar 14 also adjustable, can eventually control the difference or ratio of the two resonance frequencies. That is, the difference or ratio between the two resonance frequencies is determined according to the diameter of the column portion of the column 14. Alternatively, it can be said that the diameter of the column portion of the column 14 is determined according to how the two resonance frequencies generated when the metal cone 15 is vibrated by driving the diaphragm 13 of the ultrasonic transducer 10 are controlled. .

第1の実施形態では、音波放射部材として、円錐形状の金属コーン15を用いて説明したが、音波放射部材の形状を限定する趣旨ではない。音波放射部材の形状は、図5及び図6に示すように、円盤形状であってもよい。そのような場合には、支柱14における音波放射部材との接着面は円盤形状でよい。   In 1st Embodiment, although demonstrated using the cone-shaped metal cone 15 as a sound wave radiation member, it is not the meaning which limits the shape of a sound wave radiation member. The shape of the sound wave radiating member may be a disk shape as shown in FIGS. In such a case, the adhesion surface of the support column 14 with the sound wave radiating member may be a disk shape.

以上のように、第1の実施形態に係る超音波振動子10では、接着剤を固化することで得られる接着支柱に代えて、例えば、樹脂や金属を主材料とする支柱14を用いて、振動板13と金属コーン15を接続する。また、支柱14の形状をボビン形状とすることで、振動板13や金属コーン15との接着面の面積を十分確保し、必要な接着強度を与える。さらに、支柱14における支柱部分の径を変更することで、支柱14のスティフネスsβが変化し、2つの共振周波数の差分や比率を制御できる。 As described above, in the ultrasonic transducer 10 according to the first embodiment, instead of the adhesive strut obtained by solidifying the adhesive, for example, using the strut 14 mainly made of resin or metal, The diaphragm 13 and the metal cone 15 are connected. Moreover, by making the shape of the support | pillar 14 into a bobbin shape, sufficient area of the adhesion surface with the diaphragm 13 and the metal cone 15 is ensured, and necessary adhesion strength is given. Further, by changing the diameter of the strut portion in the pillar 14, stiffness s beta is changed struts 14 can be controlled a difference or ratio of the two resonance frequencies.

あるいは、超音波振動子200の接着支柱204を形成する場合の接着条件が整っていない場合には、超音波振動子200が破損する可能性があるが、超音波振動子10では必要な接着剤の量が少ないため、破損の可能性が大きく減少する。   Alternatively, if the bonding conditions for forming the adhesive struts 204 of the ultrasonic transducer 200 are not prepared, the ultrasonic transducer 200 may be damaged, but the ultrasonic transducer 10 requires a necessary adhesive. Because of the small amount, the possibility of breakage is greatly reduced.

なお、特許文献1〜4に開示された技術を適用したとしても、超音波帯域において、2つ発現する共振周波数の差分や比率の制御を、振動板と金属コーンを連結する支柱により実現することはできない。いずれの文献においても、超音波領域での共振の制御を目的とした支柱の具体的形状を開示していなためである。一方、第1の実施形態に係る超音波振動子10では、2つ発現する共振周波数の差分又は比率の制御を、製造ばらつきを抑制しつつ、支柱14の物理条件により実現している。さらに、超音波振動子10では、量産を考慮した場合、接着が安価であるとの見解に基づき、支柱14をボビン形状とすることで、必要な接着強度を確保しつつ、振動板13と金属コーン15の接続を実現している。そのため、特殊な形状の金属コーンや振動板は不要であり、量産コストを抑制できる。   Even if the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4 are applied, the control of the difference and ratio of the two resonance frequencies that occur in the ultrasonic band is realized by the support column that connects the diaphragm and the metal cone. I can't. This is because none of the documents discloses a specific shape of the support for the purpose of controlling resonance in the ultrasonic region. On the other hand, in the ultrasonic transducer | vibrator 10 which concerns on 1st Embodiment, control of the difference or ratio of the resonance frequency which expresses two is implement | achieved by the physical conditions of the support | pillar 14, suppressing manufacturing dispersion | variation. Furthermore, in the ultrasonic vibrator 10, based on the view that the bonding is inexpensive when mass production is taken into consideration, the strut 14 is formed into a bobbin shape, so that the vibration plate 13 and the metal are secured while ensuring the necessary bonding strength. Connection of the cone 15 is realized. For this reason, a specially shaped metal cone or diaphragm is unnecessary, and mass production costs can be suppressed.

第1の実施形態に係る超音波振動子10は、携帯電話、スマートフォン、ポータブルオーディオプレイヤー、テレビ装置、タブレット端末、ゲーム機等の電子機器に搭載するスピーカ(超音波スピーカ)への使用が好適である。   The ultrasonic transducer | vibrator 10 which concerns on 1st Embodiment is suitable for the use to the speaker (ultrasonic speaker) mounted in electronic devices, such as a mobile telephone, a smart phone, a portable audio player, a television apparatus, a tablet terminal, a game machine. is there.

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。   A part or all of the above embodiments can be described as in the following supplementary notes, but is not limited thereto.

[付記1]
上述の第1の視点に係る超音波振動子のとおりである。
[付記2]
前記支柱は、
前記振動板と接着され、前記振動板の接着面の形状に適合した形状を備える第1の接着面と、
前記音波放射部材と接着され、前記音波放射部材の接着面の形状に適合した形状を備える第2の接着面と、
を備える付記1の超音波振動子。
[付記3]
前記支柱の前記第1の接着面と前記第2の接着面を連結する支柱部分の径は、前記振動板の駆動により前記音波放射部材を振動させた場合に生じる2つの共振周波数に基づいて定まる付記2の超音波振動子。
[付記4]
前記2つの共振周波数の差分又は比率は、前記支柱部分の径に応じて定まる付記3の超音波振動子。
[付記5]
前記支柱は、樹脂又は金属を材料として含む付記1乃至4のいずれか一に記載の超音波振動子。
[Appendix 1]
The ultrasonic transducer according to the first aspect described above.
[Appendix 2]
The column is
A first adhesive surface that is bonded to the diaphragm and has a shape that conforms to the shape of the adhesive surface of the diaphragm;
A second adhesive surface that is bonded to the sound wave radiating member and has a shape adapted to the shape of the adhesive surface of the sound wave radiating member;
The ultrasonic transducer according to appendix 1, comprising:
[Appendix 3]
The diameter of the column portion connecting the first bonding surface and the second bonding surface of the column is determined based on two resonance frequencies generated when the sound wave radiating member is vibrated by driving the diaphragm. The ultrasonic transducer of appendix 2.
[Appendix 4]
The ultrasonic transducer according to supplementary note 3, wherein a difference or ratio between the two resonance frequencies is determined according to a diameter of the column portion.
[Appendix 5]
The ultrasonic vibrator according to any one of appendices 1 to 4, wherein the support column includes resin or metal as a material.

なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。   Each disclosure of the cited patent documents and the like cited above is incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment or example, each element of each drawing, etc.) within the scope of the claims of the present invention, Selection is possible. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea. In particular, with respect to the numerical ranges described in this document, any numerical value or small range included in the range should be construed as being specifically described even if there is no specific description.

10、100、200 超音波振動子
11、201 圧電素子
12、202 金属板
13、102、203 振動板
14、103 支柱
15、205 金属コーン
16、206 弾性材
17、207 フレーム
18、208 端子
101 音波放射部材
204 接着支柱
10, 100, 200 Ultrasonic vibrator 11, 201 Piezoelectric element 12, 202 Metal plate 13, 102, 203 Diaphragm 14, 103 Strut 15, 205 Metal cone 16, 206 Elastic material 17, 207 Frame 18, 208 Terminal 101 Sound wave Radiation member 204 Adhesive strut

Claims (5)

音波放射部材と、
圧電素子を備えて構成される振動板と、
前記振動板と前記音波放射部材のそれぞれに接着される、ボビン形状の支柱と、
を備える超音波振動子。
A sound wave radiating member;
A diaphragm configured with a piezoelectric element;
A bobbin-shaped column that is bonded to each of the diaphragm and the sound wave radiating member;
An ultrasonic transducer comprising:
前記支柱は、
前記振動板と接着され、前記振動板の接着面の形状に適合した形状を備える第1の接着面と、
前記音波放射部材と接着され、前記音波放射部材の接着面の形状に適合した形状を備える第2の接着面と、
を備える請求項1の超音波振動子。
The column is
A first adhesive surface that is bonded to the diaphragm and has a shape that conforms to the shape of the adhesive surface of the diaphragm;
A second adhesive surface that is bonded to the sound wave radiating member and has a shape adapted to the shape of the adhesive surface of the sound wave radiating member;
The ultrasonic transducer according to claim 1, comprising:
前記支柱の前記第1の接着面と前記第2の接着面を連結する支柱部分の径は、前記振動板の駆動により前記音波放射部材を振動させた場合に生じる2つの共振周波数に基づいて定まる請求項2の超音波振動子。   The diameter of the column portion connecting the first bonding surface and the second bonding surface of the column is determined based on two resonance frequencies generated when the sound wave radiating member is vibrated by driving the diaphragm. The ultrasonic transducer according to claim 2. 前記2つの共振周波数の差分又は比率は、前記支柱部分の径に応じて定まる請求項3の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 3, wherein a difference or a ratio between the two resonance frequencies is determined according to a diameter of the column portion. 前記支柱は、樹脂又は金属を材料として含む請求項1乃至4のいずれか一項に記載の超音波振動子。   The ultrasonic vibrator according to claim 1, wherein the support column includes a resin or a metal as a material.
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