JP2008264773A - 超音波振動子及びそれを備える超音波機器 - Google Patents
超音波振動子及びそれを備える超音波機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008264773A JP2008264773A JP2008075896A JP2008075896A JP2008264773A JP 2008264773 A JP2008264773 A JP 2008264773A JP 2008075896 A JP2008075896 A JP 2008075896A JP 2008075896 A JP2008075896 A JP 2008075896A JP 2008264773 A JP2008264773 A JP 2008264773A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- conductive layer
- front member
- ultrasonic transducer
- ultrasonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 224
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 26
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 21
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 21
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 14
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 12
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 10
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 6
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 20
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 4
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 208000006558 Dental Calculus Diseases 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
- B06B1/0618—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile of piezo- and non-piezoelectric elements, e.g. 'Tonpilz'
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/508—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure adapted for alleviating internal stress, e.g. cracking control layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/874—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices embedded within piezoelectric or electrostrictive material, e.g. via connections
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
- H10N30/886—Additional mechanical prestressing means, e.g. springs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
【課題】超音波振動子の側面部分を前面部材とは別体の側面部材により構成した超音波振動子、及びこの超音波振動子を備える超音波機器を提供する。
【解決手段】本発明の超音波振動子１０１は、超音波放射面１１を有する前面部材１と、側面部材２と、裏打部材３と、圧電セラミック体４とを、軸線方向に一体に備え、側面部材２の一端側が前面部材１の超音波放射面１１とは反対側に取り付けられ、裏打部材３の一端側が側面部材２の他端側に取り付けられ、圧電セラミック体４は前面部材１と裏打部材３との間に介装されていることを特徴とする。また、本発明の超音波機器は、この超音波振動子を備えることを特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の超音波振動子１０１は、超音波放射面１１を有する前面部材１と、側面部材２と、裏打部材３と、圧電セラミック体４とを、軸線方向に一体に備え、側面部材２の一端側が前面部材１の超音波放射面１１とは反対側に取り付けられ、裏打部材３の一端側が側面部材２の他端側に取り付けられ、圧電セラミック体４は前面部材１と裏打部材３との間に介装されていることを特徴とする。また、本発明の超音波機器は、この超音波振動子を備えることを特徴とする。
【選択図】図２
Description
本発明は、超音波振動子及びそれを備える超音波機器に関する。更に詳しくは、本発明は、振動子の側面部分を前面部材とは別体の側面部材により構成することで、前面部材の圧電セラミック体が当接される面の加工が容易となり、例えば、当接面の表面粗度を向上させ、それによって圧電素子の振動の前面部材への伝播損失を低減させることができる超音波振動子、及びこの超音波振動子を備える超音波機器に関する。
従来から、各種の超音波振動子が提供されており、例えば、金属製振動ブロックの後端面に開口溝を形成し、この開口溝に圧電振動素子を装着して保持するようにしたランジュバン型超音波振動子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この超音波振動子では、圧電振動素子及び接続電極が振動ブロックの内部に収納され、外表面に露出しない。従って、接続電極が汚損されることがなく、且つ短絡が防止される。また、外周面の略全面が振動ブロックにより形成されるため、ハンドツールとして用いた場合に、振動ブロックの全周面を保持することができ、取り扱いが容易である等と説明されている。
しかし、上記の従来の超音波振動子では、振動伝達部である前面部材と、圧電振動素子が収納された側面部材とが一体であるため、前面部材の圧電振動素子が当接される面の加工が容易ではなく、当接面の表面粗度の向上には限界がある。従って、圧電振動素子から前面部材への振動の伝播効率を十分に向上させることができない場合がある。
本発明は、上記の従来の状況に鑑みてなされたものであり、振動子の側面部分を前面部材とは別体の側面部材により構成することで、前面部材の圧電セラミック体が当接される面の加工が容易となり、例えば、当接面の表面粗度を向上させ、それによって圧電素子の振動の前面部材への伝播損失を低減させることができる超音波振動子、及びこの超音波振動子を備える超音波機器を提供することを目的とする。
本発明は以下のとおりである。
１．超音波放射面を有する前面部材と、側面部材と、裏打部材と、圧電セラミック体とを、軸線方向に一体に備える超音波振動子であって、上記側面部材の一端側が上記前面部材の上記超音波放射面とは反対側に取り付けられ、上記裏打部材の一端側が該側面部材の他端側に取り付けられ、上記圧電セラミック体は該前面部材と該裏打部材との間に介装されていることを特徴とする超音波振動子。
２．上記前面部材の上記圧電セラミック体の一端面が当接する当接面の表面粗さ（Ｒａ）が１２．５μｍ以下である上記１．に記載の超音波振動子。
３．上記当接面に、上記圧電セラミック体の一端面側を嵌装するための嵌装用凹部が設けられている上記２．に記載の超音波振動子。
４．上記側面部材の内側面と、上記圧電セラミック体の外側面との間に絶縁材層が介装されている上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
５．上記圧電セラミック体に設けられた電極のうちの一方の電極は、上記裏打部材を導電経路として該裏打部材に取り付けられた電極端子に接続され、他方の電極には、該裏打部材を貫通して設けられたリード線挿通孔に装通された電極リード線の一端部が接続され、且つ該電極リード線の他端部が該裏打部材の他端側から取り出されている請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
６．上記前面部材の構成材料は、上記裏打部材の構成材料よりも、振動の内部損失が小さくなる材料が適用されている上記２．乃至５．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
７．上記前面部材を伝わる音速が、上記裏打部材を伝わる音速よりも速くなるように、上記前面部材及び上記裏打部材を構成する材料が選ばれている上記６．に記載の超音波振動子。
８．上記前面部材は、上記裏打部材の構成材料よりも、密度が小さい材料で構成されている上記２．乃至７．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
９．上記側面部材の熱膨張係数は、上記前面部材及び上記裏打部材の各熱膨張係数よりも、上記圧電セラミック体の熱膨張係数に近い値を有する上記２．乃至８．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１０．上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板と、第２圧電セラミック板とを備え、上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、奇数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の上記前面部材側となる面が該第１圧電セラミック成形体の該他面側と該第１他面側導電層とにより構成されており、上記第２圧電セラミック板は、第２圧電セラミック成形体と、該第２圧電セラミック成形体の一面側に設けられた第２一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第２他面側導電層と、側面に設けられ、且つ上記第１側面側導電層及び該第２一面側導電層に導通し、該第２他面側導電層に導通しない第２側面側導電層とを有し、上記第２圧電セラミック板は、上記積層体の上記前面部材側となる上記面と、上記前面部材の上記当接面との間に、上記第２一面側導電層と該当接面とが当接するようにして介装されて積層されている上記２．乃至９．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１１．上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板を備え、上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、偶数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の一面及び他面がともに該第１圧電セラミック成形体と該第１一面側導電層とにより構成されており、上記前面部材の上記当接面のうちの上記導電体の端面と対向する位置に、該端面より径大の絶縁用凹部が設けられている上記２．乃至９．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１２．上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板を備え、上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、偶数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の一面及び他面がともに該第１圧電セラミック成形体と該第１一面側導電層とにより構成されており、上記積層体と、上記前面部材の上記当接面との間に、未分極セラミック板が介装されている上記２．乃至９．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１３．請求項１乃至１２のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子を備えることを特徴とする超音波機器。
１．超音波放射面を有する前面部材と、側面部材と、裏打部材と、圧電セラミック体とを、軸線方向に一体に備える超音波振動子であって、上記側面部材の一端側が上記前面部材の上記超音波放射面とは反対側に取り付けられ、上記裏打部材の一端側が該側面部材の他端側に取り付けられ、上記圧電セラミック体は該前面部材と該裏打部材との間に介装されていることを特徴とする超音波振動子。
２．上記前面部材の上記圧電セラミック体の一端面が当接する当接面の表面粗さ（Ｒａ）が１２．５μｍ以下である上記１．に記載の超音波振動子。
３．上記当接面に、上記圧電セラミック体の一端面側を嵌装するための嵌装用凹部が設けられている上記２．に記載の超音波振動子。
４．上記側面部材の内側面と、上記圧電セラミック体の外側面との間に絶縁材層が介装されている上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
５．上記圧電セラミック体に設けられた電極のうちの一方の電極は、上記裏打部材を導電経路として該裏打部材に取り付けられた電極端子に接続され、他方の電極には、該裏打部材を貫通して設けられたリード線挿通孔に装通された電極リード線の一端部が接続され、且つ該電極リード線の他端部が該裏打部材の他端側から取り出されている請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
６．上記前面部材の構成材料は、上記裏打部材の構成材料よりも、振動の内部損失が小さくなる材料が適用されている上記２．乃至５．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
７．上記前面部材を伝わる音速が、上記裏打部材を伝わる音速よりも速くなるように、上記前面部材及び上記裏打部材を構成する材料が選ばれている上記６．に記載の超音波振動子。
８．上記前面部材は、上記裏打部材の構成材料よりも、密度が小さい材料で構成されている上記２．乃至７．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
９．上記側面部材の熱膨張係数は、上記前面部材及び上記裏打部材の各熱膨張係数よりも、上記圧電セラミック体の熱膨張係数に近い値を有する上記２．乃至８．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１０．上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板と、第２圧電セラミック板とを備え、上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、奇数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の上記前面部材側となる面が該第１圧電セラミック成形体の該他面側と該第１他面側導電層とにより構成されており、上記第２圧電セラミック板は、第２圧電セラミック成形体と、該第２圧電セラミック成形体の一面側に設けられた第２一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第２他面側導電層と、側面に設けられ、且つ上記第１側面側導電層及び該第２一面側導電層に導通し、該第２他面側導電層に導通しない第２側面側導電層とを有し、上記第２圧電セラミック板は、上記積層体の上記前面部材側となる上記面と、上記前面部材の上記当接面との間に、上記第２一面側導電層と該当接面とが当接するようにして介装されて積層されている上記２．乃至９．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１１．上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板を備え、上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、偶数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の一面及び他面がともに該第１圧電セラミック成形体と該第１一面側導電層とにより構成されており、上記前面部材の上記当接面のうちの上記導電体の端面と対向する位置に、該端面より径大の絶縁用凹部が設けられている上記２．乃至９．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１２．上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板を備え、上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、偶数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の一面及び他面がともに該第１圧電セラミック成形体と該第１一面側導電層とにより構成されており、上記積層体と、上記前面部材の上記当接面との間に、未分極セラミック板が介装されている上記２．乃至９．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
１３．請求項１乃至１２のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子を備えることを特徴とする超音波機器。
本発明の超音波振動子は、前面部材に別体として形成された側面部材が取り付けられているため、圧電セラミック体の一端面が当接する当接面の加工が容易であり、例えば、当接面の表面粗度を向上させ、それによって圧電素子の振動の前面部材への伝播損失を低減させることができる。
また、本発明では、前述したように超音波振動子の側面部分を、前面部材及び裏打部材とは別体の側面部材により構成したことで、製品として要求される所望の機能的要素を、より細かく分けて部材ごとに割り当てることができ、これにより、各部材にとってより適した構成材料を選択することが可能となる。つまり、本発明によれば、選択した材料の特性を生かしたかたちで個々の部材を構成することができる。
さらに、本発明では、前面部材及び裏打部材とは別体で側面部材を構成し、上記したように構成部品のさらなる分割化を図ったことで、部品単体の加工性を向上させることができ、これにより、例えば製品としての機能を高めるために部品単体の構造に、複雑な部品形状を適用することなどが可能となる。したがって、本発明によれば、超音波振動子を構成する部品の形状選択の自由度を高めることができる。
また、前面部材の圧電セラミック体の一端面が当接する当接面の表面粗さ（Ｒａ）が１２．５μｍ以下である場合は、圧電素子の振動の前面部材への伝播損失を十分に低減させることができる。
更に、当接面に、圧電セラミック体の一端面側を嵌装するための嵌装用凹部が設けられている場合は、当接面における圧電セラミック体の位置ずれを抑えることができ、圧電セラミック体と側面部材との接触により振動が阻害されることを防止することができる。
また、側面部材の内側面と、圧電セラミック体の外側面との間に絶縁材層が介装されている場合は、圧電セラミック体の絶縁性、特に圧電セラミック体の側面に導電層が設けられたときに、この導電層と側面部材の内面との間の絶縁性を向上させることができる。
更に、圧電セラミック体に設けられた電極のうちの一方の電極は、裏打部材を導電経路として裏打部材に取り付けられた電極端子に接続され、他方の電極には、裏打部材を貫通して設けられたリード線挿通孔に装通された電極リード線の一端部が接続され、且つ電極リード線の他端部が裏打部材の他端側から取り出されている場合は、電極を外部へ導出するための電極リード線が１本のみであるため、電極導出構造が簡易なものとなり、素子全体の構造も簡易なものとすることができる。
また、前面部材が裏打部材よりも振動の伝播ロスの少ない材料（例えば材料自体を伝わる音速の速い材料）で構成されていることで、圧電セラミック体の発生させる振動を、前面部材先端の超音波放射面側に効率良く伝播することができる。
更に、裏打部材よりも前面部材を軽量にした構造の場合、圧電セラミック体の発生させる振動を基に、裏打部材側よりも、前面部材側をより大きく変位させることができ、これにより超音波放射面側で、振幅の大きな安定した振動を得ることができる。
また、熱膨張係数が、圧電セラミック体に近似する材料で側面部材を構成することで、使用環境の温度変化により伸縮する側面部材の伸縮量と圧電セラミック体の伸縮量との差を極力抑えることができ、超音波振動子の温度特性を向上させることができる。
また、奇数枚の第１圧電セラミック板と、第２圧電セラミック板とが積層された圧電セラミック体を有する場合は、電極導出構造を容易に簡易なものとすることができ、素子全体の構造も簡易なものとすることができる。
更に、偶数枚の第１圧電セラミック板が積層された圧電セラミック体を有し、且つ前面部材の圧電セラミック体が当接する面のうちの導電体の端面と対向する位置に、端面より径大の絶縁用凹部が設けられている場合、及び偶数枚の第１圧電セラミック板が積層された積層体と、前面部材の圧電セラミック体の当接面との間に、未分極セラミック板が介装されている場合は、圧電セラミック体を同一の構成の複数の圧電セラミック板により作製することができるため、圧電セラミック体を容易に作製することができる。
また、本発明では、前述したように超音波振動子の側面部分を、前面部材及び裏打部材とは別体の側面部材により構成したことで、製品として要求される所望の機能的要素を、より細かく分けて部材ごとに割り当てることができ、これにより、各部材にとってより適した構成材料を選択することが可能となる。つまり、本発明によれば、選択した材料の特性を生かしたかたちで個々の部材を構成することができる。
さらに、本発明では、前面部材及び裏打部材とは別体で側面部材を構成し、上記したように構成部品のさらなる分割化を図ったことで、部品単体の加工性を向上させることができ、これにより、例えば製品としての機能を高めるために部品単体の構造に、複雑な部品形状を適用することなどが可能となる。したがって、本発明によれば、超音波振動子を構成する部品の形状選択の自由度を高めることができる。
また、前面部材の圧電セラミック体の一端面が当接する当接面の表面粗さ（Ｒａ）が１２．５μｍ以下である場合は、圧電素子の振動の前面部材への伝播損失を十分に低減させることができる。
更に、当接面に、圧電セラミック体の一端面側を嵌装するための嵌装用凹部が設けられている場合は、当接面における圧電セラミック体の位置ずれを抑えることができ、圧電セラミック体と側面部材との接触により振動が阻害されることを防止することができる。
また、側面部材の内側面と、圧電セラミック体の外側面との間に絶縁材層が介装されている場合は、圧電セラミック体の絶縁性、特に圧電セラミック体の側面に導電層が設けられたときに、この導電層と側面部材の内面との間の絶縁性を向上させることができる。
更に、圧電セラミック体に設けられた電極のうちの一方の電極は、裏打部材を導電経路として裏打部材に取り付けられた電極端子に接続され、他方の電極には、裏打部材を貫通して設けられたリード線挿通孔に装通された電極リード線の一端部が接続され、且つ電極リード線の他端部が裏打部材の他端側から取り出されている場合は、電極を外部へ導出するための電極リード線が１本のみであるため、電極導出構造が簡易なものとなり、素子全体の構造も簡易なものとすることができる。
また、前面部材が裏打部材よりも振動の伝播ロスの少ない材料（例えば材料自体を伝わる音速の速い材料）で構成されていることで、圧電セラミック体の発生させる振動を、前面部材先端の超音波放射面側に効率良く伝播することができる。
更に、裏打部材よりも前面部材を軽量にした構造の場合、圧電セラミック体の発生させる振動を基に、裏打部材側よりも、前面部材側をより大きく変位させることができ、これにより超音波放射面側で、振幅の大きな安定した振動を得ることができる。
また、熱膨張係数が、圧電セラミック体に近似する材料で側面部材を構成することで、使用環境の温度変化により伸縮する側面部材の伸縮量と圧電セラミック体の伸縮量との差を極力抑えることができ、超音波振動子の温度特性を向上させることができる。
また、奇数枚の第１圧電セラミック板と、第２圧電セラミック板とが積層された圧電セラミック体を有する場合は、電極導出構造を容易に簡易なものとすることができ、素子全体の構造も簡易なものとすることができる。
更に、偶数枚の第１圧電セラミック板が積層された圧電セラミック体を有し、且つ前面部材の圧電セラミック体が当接する面のうちの導電体の端面と対向する位置に、端面より径大の絶縁用凹部が設けられている場合、及び偶数枚の第１圧電セラミック板が積層された積層体と、前面部材の圧電セラミック体の当接面との間に、未分極セラミック板が介装されている場合は、圧電セラミック体を同一の構成の複数の圧電セラミック板により作製することができるため、圧電セラミック体を容易に作製することができる。
本発明の超音波機器は、本発明の超音波振動子を備えるため、特に歯石除去等の小型ハンディ型の超音波機器として有用である。
以下、本発明を図１〜図１３を参照しつつ詳しく説明する。
本発明の超音波振動子１０１は、図２のように、前面部材１と、一端側が前面部材１の超音波放射面１１とは反対側に取り付けられた側面部材２と、一端側が側面部材２の他端側に取り付けられた裏打部材３と、前面部材１の超音波放射面１１とは反対側の端面と裏打部材３の一端側の端面との間に介装された圧電セラミック体４とを、軸線方向に一体に備える。
この超音波振動子１０１は、所謂、ランジュバン型超音波振動子であり、従来は前面部材１と一体であった側面部材２が、別体として前面部材１に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の超音波振動子１０１は、図２のように、前面部材１と、一端側が前面部材１の超音波放射面１１とは反対側に取り付けられた側面部材２と、一端側が側面部材２の他端側に取り付けられた裏打部材３と、前面部材１の超音波放射面１１とは反対側の端面と裏打部材３の一端側の端面との間に介装された圧電セラミック体４とを、軸線方向に一体に備える。
この超音波振動子１０１は、所謂、ランジュバン型超音波振動子であり、従来は前面部材１と一体であった側面部材２が、別体として前面部材１に取り付けられていることを特徴とする。
上記「前面部材１」は、超音波放射面１１を有し、この超音波放射面１１から媒体に向けて超音波が放射される。他の物品等と接触しても欠損等し難い十分な強度を有する前面部材１であることがより好ましいため、前面部材１は金属製である。この金属の種類は特に限定されず、各種の金属を用いることができる。金属としては、金属のうちでは圧電セラミック体４とρＣ（密度×音速）が大きく相違しない、所謂、軽金属が好ましい。この軽金属としては、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタン、及びそれらの合金等の軽金属が挙げられるが、材料強度、ρＣ、材料入手の容易性等に鑑み、チタン、アルミニウム、及びこれらの軽金属を含有する合金等を使用することが多い。また、ρＣが小さいと、振動子を小型化することができるという利点もある。更に、クロムめっきが施されたステンレス鋼等からなる前面部材１とすることもできる。
また、前面部材１の形状も特に限定されないが、円柱、円錐台、円柱又は円板の一面側に円錐台又は径小の円柱が延設された形状等とすることができる。更に、前面部材１の超音波放射面１１とは反対側の端面には、圧電セラミック体４の一端面が当接されるが、この当接面１２（前面部材１の端面である。）は表面粗さが小さい面であることが好ましい。当接面１２の表面粗さ（Ｒａ）は１２．５μｍ以下であることが好ましく、６．４μｍ以下（通常、０．０１μｍ以上）であることがより好ましい。このように表面粗さが小さい当接面１２であれば、圧電セラミック体４の振動の前面部材１への伝播損失を十分に低減させることができる。
当接面１２の表面粗さを測定する方法は特に限定されず、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に準拠して測定することができる。具体的には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、測定装置としてはセイコーインストルメンツ株式会社製、型式「ＳＰＡ４００」等を用いることができる。）により当接面１２を観察し、得られたデータから算出する方法等が挙げられる。
前面部材１の軸線方向の寸法は特に限定されないが、前面部材１の軸線方向の長さのうちの側面部材２との境界より超音波放射面側の寸法Ｍは、超音波振動子１０１（図２参照）、１０２（図３の絶縁材層５を有する超音波振動子である。）を伝播する超音波の１／４波長の自然数倍にほぼ等しい寸法であることが好ましい。このようにすれば、超音波放射面１１の振幅を最大にすることができるため、媒体に振幅の大きい超音波を放射することができる。前面部材１の軸線方向の寸法を超音波の１／４波長の何倍とするかは特に限定されないが、この倍数が大きくなるとともに共振周波数が高くなり、不要振動モードも増加してくる。そのため、可能な限り低倍数とすることが好ましく、１倍、即ち、超音波の１／４波長にほぼ等しい寸法であることが多い。
上記の超音波の１／４波長の自然数倍にほぼ等しい寸法とは、本発明の超音波振動子１０１、１０２の場合、振動ノード部が、前面部材１と側面部材２との取り付け部の範囲内に位置するという意味であり、通常、１／４波長の自然数倍の８０〜１２０％の範囲の寸法である。このようにすれば、超音波放射面１１の振幅を最大にすることができるとともに、他の部分に比べて強度が低い取り付け部に負荷される応力を低減させることができ、超音波振動子１０１、１０２の変形等を抑えることができる。
前面部材１の圧電セラミック体４の一端面が当接される当接面１２には、圧電セラミック体４の一端面側を嵌装するための嵌装用凹部１２１が設けられていることが好ましい（図４、８、１０参照）。この嵌装用凹部１２１の径方向の寸法は、圧電セラミック体４の一端面側を嵌装用凹部１２１に容易に嵌め込むことができ、且つ圧電セラミック体４の一端面側が嵌装用凹部１２１内で径方向に大きくずれない寸法であることが好ましく、圧電セラミック体４の一端面側の外径と略同一であることが好ましい。これにより、側面部材２の内側面と圧電セラミック体４の外側面との接触を防止することができ、これらが接触することにより圧電セラミック体４の振動が阻害されることを防止することができる。更に、このような嵌装用凹部１２１を設けた場合は、後記のように絶縁材層を介装させることなく、側面部材２の内側面と圧電セラミック体４が有する導電層との接触による導通を十分に防止することもできる。
上記「側面部材２」は、一端側が前面部材１の超音波放射面１１とは反対側に取り付けられ、内部に圧電セラミック体４が収納されている。側面部材２は、通常、前面部材１の超音波放射面１１とは反対側の外側面に螺設された螺旋と、側面部材２の一端側の内側面に螺設された螺旋とを螺合させることにより前面部材１に取り付けられている。また、側面部材２の内径と圧電セラミック体４の外径とは、側面部材２の内側面と圧電セラミック体４の外側面とが離間するような寸法となっており、側面部材２の内側面と圧電セラミック体４の外側面との接触が防止されるとともに、側面部材２の内側面と圧電セラミック体４が有する導電層との接触による導通が防止される。
側面部材２の材質は特に限定されないが、他の物品等と接触しても欠損等し難い十分な強度を有することが好ましく、従って、側面部材２は金属製である。この金属の種類は特に限定されず、前面部材１と同様の各種の金属を用いることができ、チタン、アルミニウム、及びこれらの軽金属を含有する合金等が好ましい。更に、側面部材２の形状は円筒形であり、その内側面には、前面部材１の超音波放射面１１とは反対側の外側面に螺設された螺旋、及び裏打部材３の一端側の外側面に螺設された螺旋と螺合される螺旋が設けられている。また、側面部材２の内径は圧電セラミック体４の外径より大きく、側面部材２の内側面と、圧電セラミック体４の外側面とは離間しているが、この離間距離（Ｌ）は印加電圧（Ｖ）に基づき以下の式により算出される値以上とする。
Ｌ（ｍｍ）＝Ｖ（ｋＶ）／３
Ｌ（ｍｍ）＝Ｖ（ｋＶ）／３
更に、側面部材２の内側面と、圧電セラミック体４の外側面との間に、図３の超音波振動子１０２のように、絶縁材層５が介装されていることが好ましい。このように絶縁材層５を介装させることにより、圧電セラミック体４に設けられた導電層と側面部材２の内側面との間の電気的な絶縁性を向上させることができる。この絶縁材層５を介装させる方法は特に限定されず、例えば、圧電セラミック体４の外側面に絶縁材料からなる熱収縮チューブを嵌装させる方法、圧電セラミック体４の外側面にポリイミド等からなる絶縁性テープを捲回する方法等が挙げられる。また、絶縁材層５は、圧電セラミック体４の外側面及び側面部材２の内側面のうちの少なくとも一方に絶縁材料からなる皮膜を形成して設けることもできる。このような絶縁材層５を設けた場合は、前記のように、前面部材１の圧電セラミック体４の一端面が当接される当接面１２に、圧電セラミック体４の一端面側を嵌装するための嵌装用凹部１２１を設けることなく、圧電セラミック体４が有する導電層と側面部材２の内側面との間を電気的に確実に絶縁することができる。
上記「裏打部材３」は、一端側が側面部材２の他端側に取り付けられ、前面部材１に圧電セラミック体４を圧接させるための部材である。裏打部材３は、通常、側面部材２の他端側の内側面に螺設された螺旋と、裏打部材３の一端側の外側面に螺設された螺旋とを螺合させることにより側面部材２に取り付けられている。更に、裏打部材３には軸線方向に貫通する貫通孔３１が設けられており、この貫通孔３１に、圧電セラミック体４が有する導電体及び導電層からなる一方の電極と接続された電極リード線７が挿通される。また、裏打部材３の他端側の端面又は側面には、圧電セラミック体４に設けられた他方の電極と導通された電極端子６が付設されている（図２、３参照）。
裏打部材３の材質は特に限定されないが、他の物品等と接触しても欠損等し難い十分な強度を有することが好ましく、従って、裏打部材３は金属製である。この金属の種類は特に限定されず、前面部材１と同様の各種の金属を用いることができ、チタン、アルミニウム、及びこれらの軽金属を含有する合金等が好ましい。更に、裏打部材３の形状も特に限定されないが、前面部材１と同様に、円柱、円錐台、円柱又は円板の一端面に円錐台又は径小の円柱が延設された形状等とすることができる。
このように、上述した態様の超音波振動子１０１、１０２では、前面部材１及び裏打部材３とは別体で側面部材２を構成し、構成部品のさらなる分割化を図ったことで、部品単体の加工性を向上させることができ、これにより、例えば製品としての機能を高めるために部品単体の構造に、複雑な部品形状を適用することなどが可能となる。したがって、本実施形態の超音波振動子１０１、１０２によれば、超音波振動子本体を構成する各部品（前面部材１、側面部材２及び裏打部材３）の形状選択の自由度を高めることができる。
また、超音波振動子では、圧電セラミック体４が有する電極が外部の電極端子に接続され、この電極端子を用いて圧電セラミック体４に給電される。電極は各種の方法により外部の電極端子に接続することができる。本発明の超音波振動子１０１、１０２では、圧電セラミック体４に設けられた電極のうちの一方の電極（圧電セラミック体４が有する導電層により構成される。）は、裏打部材３を導電経路として裏打部材３に取り付けられた電極端子６に接続され、他方の電極には、裏打部材３を貫通して設けられたリード線挿通孔３１に装通された電極リード線７の一端部が接続され、且つ電極リード線７の他端部が裏打部材３の他端側から取り出され、この電極リード線７の他端部が電極端子（図示せず）に接続されている態様とすることができる。このように電極リード線が１本のみであれば、構造が簡易なものとなり、その結果、素子全体の構造も簡易なものとすることができる。
上記「圧電セラミック体４」は、交流電圧を印加することにより、振動し、超音波を発生させる部材である。この圧電セラミック体４を構成する圧電セラミック成形体の形成に用いられる圧電セラミックは特に限定されず、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等が挙げられる。また、圧電セラミック体４の形状は特に限定されず、円柱形、円板形、断面が正方形の角柱、断面が正方形の板状体等とすることができる。更に、圧電セラミック体４は、通常、複数の圧電セラミック板（圧電セラミック成形体と導電層等の電極とを備える。）が積層されてなる積層体が、前面部材１と裏打部材３との間に挟持され、圧接されて形成される。このように複数の圧電セラミック板を用いるのは、実用的に十分な出力を得ようとして高電圧を印加した場合に、過大な引張応力には耐えられない圧電セラミック体に亀裂が発生することを防止するためである。複数の圧電セラミック板が挟持され、圧接される場合、その枚数は特に限定されず、圧電セラミック成形体を構成する圧電セラミックの種類、並びに超音波振動子の用途及び所要出力等により設定することが好ましい。この枚数は２〜１０枚とすることができ、２〜８枚、特に２〜６枚とすることが好ましい。
圧電セラミック体４の構造は特に限定されないが、前記のように電極と外部の電極端子との接続を簡易な構造とするためには、圧電セラミック体４は、図４、５のように、以下のような構造であることが好ましい。
即ち、圧電セラミック体４は、第１圧電セラミック板と、第２圧電セラミック板とを備える。
上記の第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体４１と、貫通孔に充填された導電体４２４と、一面側の貫通孔の周縁部（図５、６の導電層４２１が設けられていない部分４５）を除く部分に設けられた第１一面側導電層４２１と、他面側の周縁部の一部（図５、６の導電層４２２が設けられていない部分４６）を除く部分に設けられた第１他面側導電層４２２と、側面に設けられ、且つ第１一面側導電層４２１に導通し、第１他面側導電層４２２に導通しない第１側面側導電層４２３とを有する。
また、奇数枚の第１圧電セラミック板４１が、各々の一面側同士又は他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、この積層体の前面部材側となる面が第１圧電セラミック成形体４１と第１他面側導電層４２２とにより構成されている。
更に、上記の第２圧電セラミック板４３は、一面側に設けられた第２一面側導電層４４１と、他面側の周縁部の一部を除く部分（図５、７の導電層４４２が設けられていない部分４６）に設けられた第２他面側導電層４４２と、側面に設けられ、且つ第１側面側導電層４２３及び第２一面側導電層４４１に導通し、第２他面側導電層４４２に導通しない第２側面側導電層４４３とを有する。
また、第２圧電セラミック板４３は、積層体の前面部材側となる面と、前面部材１の当接面１２との間に、第２一面側導電層４４１と当接面１２とが当接すようにして介装されている。
このような圧電セラミック体４であれば、前記のように、電極リード線７が１本のみの簡易な構造を有する超音波振動子１０１（図２参照）、１０２（図３参照）とすることができる。
即ち、圧電セラミック体４は、第１圧電セラミック板と、第２圧電セラミック板とを備える。
上記の第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体４１と、貫通孔に充填された導電体４２４と、一面側の貫通孔の周縁部（図５、６の導電層４２１が設けられていない部分４５）を除く部分に設けられた第１一面側導電層４２１と、他面側の周縁部の一部（図５、６の導電層４２２が設けられていない部分４６）を除く部分に設けられた第１他面側導電層４２２と、側面に設けられ、且つ第１一面側導電層４２１に導通し、第１他面側導電層４２２に導通しない第１側面側導電層４２３とを有する。
また、奇数枚の第１圧電セラミック板４１が、各々の一面側同士又は他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、この積層体の前面部材側となる面が第１圧電セラミック成形体４１と第１他面側導電層４２２とにより構成されている。
更に、上記の第２圧電セラミック板４３は、一面側に設けられた第２一面側導電層４４１と、他面側の周縁部の一部を除く部分（図５、７の導電層４４２が設けられていない部分４６）に設けられた第２他面側導電層４４２と、側面に設けられ、且つ第１側面側導電層４２３及び第２一面側導電層４４１に導通し、第２他面側導電層４４２に導通しない第２側面側導電層４４３とを有する。
また、第２圧電セラミック板４３は、積層体の前面部材側となる面と、前面部材１の当接面１２との間に、第２一面側導電層４４１と当接面１２とが当接すようにして介装されている。
このような圧電セラミック体４であれば、前記のように、電極リード線７が１本のみの簡易な構造を有する超音波振動子１０１（図２参照）、１０２（図３参照）とすることができる。
電極リード線７が１本のみの簡易な構造とすることができる圧電セラミック体４の他の態様としては、図８、９のように、第１圧電セラミック板を備える、以下の構造を有するものが挙げられる。
即ち、上記の第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体４１と、貫通孔に充填された導電体４２４と、一面側の貫通孔の周縁部（図９の導電層４２１が設けられていない部分４５）を除く部分に設けられた第１一面側導電層４２１と、他面側の周縁部の一部（図９の導電層４２２が設けられていない部分４６）を除く部分に設けられた第１他面側導電層４２２と、側面に設けられ、且つ第１一面側導電層４２１に導通し、第１他面側導電層４２２に導通しない第１側面側導電層４２３とを有する。
また、偶数枚の第１圧電セラミック板が、各々の一面側同士又は他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、この積層体の一面及び他面がともに第１圧電セラミック成形体４１と第１一面側導電層４２１とにより構成されている。
更に、前面部材１の当接面１２のうちの導電体４２４の端面と対向する位置に、この端面より径大の絶縁用凹部１２２が設けられている（図８参照）。
このような圧電セラミック体４であれば、前記のように、電極リード線７が１本のみの簡易な構造を有する超音波振動子とすることができる。
即ち、上記の第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体４１と、貫通孔に充填された導電体４２４と、一面側の貫通孔の周縁部（図９の導電層４２１が設けられていない部分４５）を除く部分に設けられた第１一面側導電層４２１と、他面側の周縁部の一部（図９の導電層４２２が設けられていない部分４６）を除く部分に設けられた第１他面側導電層４２２と、側面に設けられ、且つ第１一面側導電層４２１に導通し、第１他面側導電層４２２に導通しない第１側面側導電層４２３とを有する。
また、偶数枚の第１圧電セラミック板が、各々の一面側同士又は他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、この積層体の一面及び他面がともに第１圧電セラミック成形体４１と第１一面側導電層４２１とにより構成されている。
更に、前面部材１の当接面１２のうちの導電体４２４の端面と対向する位置に、この端面より径大の絶縁用凹部１２２が設けられている（図８参照）。
このような圧電セラミック体４であれば、前記のように、電極リード線７が１本のみの簡易な構造を有する超音波振動子とすることができる。
簡易な電極導出構造とすることができる圧電セラミック体４の更に他の態様としては、図１０、１１のように、第１圧電セラミック板を備える、以下の構造を有するものが挙げられる。
即ち、上記の第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体４１と、貫通孔に充填された導電体４２４と、一面側の貫通孔の周縁部（図１１の導電層４２１が設けられていない部分４５）を除く部分に設けられた第１一面側導電層４２１と、他面側の周縁部の一部（図１１の導電層４２２が設けられていない部分４６）を除く部分に設けられた第１他面側導電層４２２と、側面に設けられ、且つ第１一面側導電層４２１に導通し、第１他面側導電層４２２に導通しない第１側面側導電層４２３とを有する。
また、偶数枚の第１圧電セラミック板が、各々の一面側同士又は他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、この積層体の一面及び他面がともに第１圧電セラミック成形体４１と第１一面側導電層４２１とにより構成されている。
更に、積層体と、前面部材１の当接面１２との間に、未分極セラミック板８が介装されている。
このような圧電セラミック体４であれば、前記のように、電極リード線７が１本のみの簡易な構造を有する超音波振動子とすることができる。
即ち、上記の第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体４１と、貫通孔に充填された導電体４２４と、一面側の貫通孔の周縁部（図１１の導電層４２１が設けられていない部分４５）を除く部分に設けられた第１一面側導電層４２１と、他面側の周縁部の一部（図１１の導電層４２２が設けられていない部分４６）を除く部分に設けられた第１他面側導電層４２２と、側面に設けられ、且つ第１一面側導電層４２１に導通し、第１他面側導電層４２２に導通しない第１側面側導電層４２３とを有する。
また、偶数枚の第１圧電セラミック板が、各々の一面側同士又は他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、この積層体の一面及び他面がともに第１圧電セラミック成形体４１と第１一面側導電層４２１とにより構成されている。
更に、積層体と、前面部材１の当接面１２との間に、未分極セラミック板８が介装されている。
このような圧電セラミック体４であれば、前記のように、電極リード線７が１本のみの簡易な構造を有する超音波振動子とすることができる。
また、本発明のさらに他の実施態様としては、図１２及び図１３に示す超音波振動子１０３を例示することができる。
すなわち、この超音波振動子１０３では、図１２に示すように、前面部材１ａの構成材料は、裏打部材３ａの構成材料よりも、振動の内部損失（振動の伝播ロス）の小さい材料が適用されている。具体的には、前面部材１ａは、当該前面部材（媒質）１ａ中を伝わる音速ｃが、６２６０ｍ／ｓｅｃ程度になる例えばアルミニウム材料（例えばＡ５０５２Ｐなどのアルミニウム合金）で構成されている。一方、裏打部材３ａは、当該裏打部材（媒質）３ａ中を伝わる音速ｃが、５７９０ｍ／ｓｅｃ程度になる例えばＳＵＳ３０４などのステンレス鋼で形成されている。
すなわち、この超音波振動子１０３では、図１２に示すように、前面部材１ａの構成材料は、裏打部材３ａの構成材料よりも、振動の内部損失（振動の伝播ロス）の小さい材料が適用されている。具体的には、前面部材１ａは、当該前面部材（媒質）１ａ中を伝わる音速ｃが、６２６０ｍ／ｓｅｃ程度になる例えばアルミニウム材料（例えばＡ５０５２Ｐなどのアルミニウム合金）で構成されている。一方、裏打部材３ａは、当該裏打部材（媒質）３ａ中を伝わる音速ｃが、５７９０ｍ／ｓｅｃ程度になる例えばＳＵＳ３０４などのステンレス鋼で形成されている。
したがって、超音波振動子１０３では、上記のように前面部材１ａが裏打部材３ａよりも振動の伝播ロスの少ない材料（例えば上記音速ｃの速い材料）で構成されていることで、図１２に示すように、圧電セラミック体４の発生させる振動を、前面部材１ａ先端の超音波放射面１１側に効率良く伝播することができる。これにより、超音波振動子１０３によれば、裏打部材３ａの後端側に生じる振動エネルギＶ２よりも実質的に大きな振動エネルギＶ１を所望の超音波放射面１１側に発生させることができる。
また、超音波振動子１０３では、裏打部材３ａの構成材料である上記ステンレス鋼よりも、密度（比重）が小さい材料である上記のアルミニウム材料を前面部材１ａの構成材料として積極的に適用している。具体的には、前面部材１ａを構成するアルミニウム材料の密度ρは、約２．７ｇ／ｃｍ3であり、一方、裏打部材３ａを構成するステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）の密度ρは、７．９３ｇ／ｃｍ3程度である。したがって、超音波振動子１０３によれば、容易に、裏打部材３ａよりも前面部材１ａを軽量にすることが可能なので、この構造の場合、図１２に示すように、圧電セラミック体４の発生させる振動を基に、裏打部材３ａ側よりも、前面部材１ａ側をより大きく変位させることができ、超音波放射面１１で、振幅の大きな安定した振動を得ることができる。
さらに、超音波振動子１０３では、図１３に示すように、側面部材２ａの熱膨張係数は、前面部材１ａ及び裏打部材３ａの各熱膨張係数よりも、圧電セラミック体４の熱膨張係数に近い値を有する。詳細には、これらの熱膨張係数は、超音波振動子１０３の軸方向における線膨張係数を特定するものである。つまり、前面部材１ａを構成する上記アルミニウム材料の熱膨張係数は約２３×１０-6／℃であり、裏打部材３ａを構成するステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）の熱膨張係数は、１７×１０-6／℃程度である。また、圧電セラミック体４の主要部分を構成する上記圧電セラミック成形体（圧電セラミック板４１、４３の導体層部分を除いた圧電素子本体）は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成されており、その熱膨張係数は、約５．２×１０-6（５．２ｐｐｍ）／℃（室温〜２００℃）である。
さらに、側面部材２ａは、チタン（チタン合金など）で構成されており、その熱膨張係数は、８．４×１０-6／℃程度である。ここで、図１３に示すように、側面部材２ａは、前面部材１ａ及び裏打部材３ａの各々にねじ止めされたかたちで圧電セラミック体４を挟持し、当該圧電セラミック体４に静圧を付与している。つまり、超音波振動子１０３では、前面部材１ａや裏打部材３ａを構成する材料の熱膨張係数と比べて、圧電セラミック体４の熱膨張係数に近似する値の熱膨張係数を持つ材料で側面部材２ａを構成したことで、図１３に示すように、使用環境の温度変化により、矢印Ｘ１−Ｘ２方向に伸縮する側面部材２ａの伸縮量と、矢印Ｘ３−Ｘ４方向に伸縮する圧電セラミック体４の伸縮量と、の差を極力小さい量に抑えることができる。
したがって、超音波振動子１０３によれば、温度変化による上記静圧の変動を抑えることができ、これにより、温度変化に起因する振動発生のばらつきの抑制、すなわち、当該超音波振動子１０３本体の温度特性を向上させることができる。
既述したように、超音波振動子１０３は、この超音波振動子本体の側面部分を、前述したように前面部材１ａ及び裏打部材３ａとは別体の側面部材２ａにより構成したことで、製品として要求される所望の機能的要素を、より細かく分けて部材ごとに割り当てることができる。これにより、各部材（前面部材１ａ、側面部材２ａ及び裏打部材３ａ）にとってより適した構成材料を選択することが可能となり、選択した材料の特性を生かしたかたちで個々の部材を構成することができる。
なお、既述した構造の超音波振動子１０３では、主に、図２に示した超音波振動子１０１の前面部材１、側面部材２及び裏打部材３に代えて、前面部材１ａ、側面部材２ａ及び裏打部材３ａを適用した態様を図１２、図１３を用いて図示しているが、無論、図３、図８、図１０に示した超音波振動子が備える前面部材１、側面部材２及び裏打部材３を、上記した前面部材１ａ、側面部材２ａ及び裏打部材３ａに代えた態様の超音波振動子を構成することもできる。
本発明の超音波振動子の製造方法は特に限定されない。
超音波振動子は、例えば、前面部材１（又は１ａ）の当接面１２に圧電セラミック体４の一端面を当接させ（図４等参照）、又は前面部材１（又は１ａ）の当接面１２に未分極セラミック板８の一面を当接させ（図１０参照）、その後、側面部材２（又は２ａ）の一端側の内側面に螺設された螺旋と、前面部材１（又は１ａ）の超音波放射面１１とは反対側の外側面に螺設された螺旋とを螺合させ、次いで、一端側が導電体４２４の端面に接続された電極リード線７を、裏打部材３（又は３ａ）に設けられたリード線挿通孔３１に挿通させて電極リード線７の他端部を裏打部材３（又は３ａ）の他端側から取り出し（図２参照）、その後、側面部材２（又は２ａ）の他端側の内側面に螺設された螺旋と、裏打部材３（又は３ａ）の一端側の外側面に設けられた螺旋とを螺合させ、次いで、裏打部材３（又は３ａ）の他端側の端面に電極端子６を取り付ける（図２参照）ことにより製造することができる。
超音波振動子は、例えば、前面部材１（又は１ａ）の当接面１２に圧電セラミック体４の一端面を当接させ（図４等参照）、又は前面部材１（又は１ａ）の当接面１２に未分極セラミック板８の一面を当接させ（図１０参照）、その後、側面部材２（又は２ａ）の一端側の内側面に螺設された螺旋と、前面部材１（又は１ａ）の超音波放射面１１とは反対側の外側面に螺設された螺旋とを螺合させ、次いで、一端側が導電体４２４の端面に接続された電極リード線７を、裏打部材３（又は３ａ）に設けられたリード線挿通孔３１に挿通させて電極リード線７の他端部を裏打部材３（又は３ａ）の他端側から取り出し（図２参照）、その後、側面部材２（又は２ａ）の他端側の内側面に螺設された螺旋と、裏打部材３（又は３ａ）の一端側の外側面に設けられた螺旋とを螺合させ、次いで、裏打部材３（又は３ａ）の他端側の端面に電極端子６を取り付ける（図２参照）ことにより製造することができる。
本発明の超音波機器は、本発明の超音波振動子を備える。この超音波機器は特に限定されず、例えば、歯石除去、超音波カッター、超音波溶着等の医療関連の用途に用いられる超音波機器として有用である。
実施例１
以下のようにして、図２及び４〜６のような超音波振動子１０１を製造した。
［１］前面部材、側面部材及び裏打部材の作製
（１）前面部材
径４ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板部と、円板部の一面側に同心円状に延設された延設部（円板部の一面側に同心円状に延設された曲面部と、この曲面部に同心円状に延設された円柱部とからなり、円柱部の径が２ｍｍ、曲面部と円柱部との合計長さが１０ｍｍであり、円柱部の端面が超音波放射面１１となる。）と、円板部の他面側に同心円状に延設され、径３．５ｍｍ、長さ３．０ｍｍであり、外側面のうちの端面から２．５ｍｍの位置まで螺旋が螺設され、端面の圧電セラミック体が当接する当接面に径２．８ｍｍ、深さ０．５ｍｍの嵌装用凹部１２１が設けられた延設部とを有するチタン合金製の前面部材１を作製した。
（２）側面部材
外径４ｍｍ、内径２．６２ｍｍ、長さ１０ｍｍであり、内側面の全面に螺旋が螺設された円筒形のチタン合金製の側面部材２を作製した。
（３）裏打部材
径４ｍｍ、長さ９．５ｍｍであり、外側面のうちの端面から０．５〜５．０ｍｍの位置に螺旋が螺設された円柱形の径小の円柱部と、径小の円柱部に同心円状に延設され、径４ｍｍ、長さ３．５ｍｍの径大の円柱部とを有し、径小の円柱部及び径大の円柱部のそれぞれの径方向の中心部に、径０．８ｍｍのリード線挿通孔３１が軸線方向に貫通して設けられたチタン合金製の裏打部材３を作製した。また、裏打部材３の他端面に電極端子６を取り付けた。
尚、前面部材１の軸線方向の長さのうちの側面部材２との境界より超音波放射面側の寸法は、共振周波数１００ｋＨｚに基づき、ＳＯＮＩＣ社製、型式「Ｒ２２０」により測定した音速値及び文献での音速値をもとに、下式より算出される波長λの１／４となる１１ｍｍとした。
λ＝Ｖ／ｆ
λ；波長、Ｖ；音速、ｆ；共振周波数
また、超音波振動子の全長は２５．０ｍｍである。
以下のようにして、図２及び４〜６のような超音波振動子１０１を製造した。
［１］前面部材、側面部材及び裏打部材の作製
（１）前面部材
径４ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板部と、円板部の一面側に同心円状に延設された延設部（円板部の一面側に同心円状に延設された曲面部と、この曲面部に同心円状に延設された円柱部とからなり、円柱部の径が２ｍｍ、曲面部と円柱部との合計長さが１０ｍｍであり、円柱部の端面が超音波放射面１１となる。）と、円板部の他面側に同心円状に延設され、径３．５ｍｍ、長さ３．０ｍｍであり、外側面のうちの端面から２．５ｍｍの位置まで螺旋が螺設され、端面の圧電セラミック体が当接する当接面に径２．８ｍｍ、深さ０．５ｍｍの嵌装用凹部１２１が設けられた延設部とを有するチタン合金製の前面部材１を作製した。
（２）側面部材
外径４ｍｍ、内径２．６２ｍｍ、長さ１０ｍｍであり、内側面の全面に螺旋が螺設された円筒形のチタン合金製の側面部材２を作製した。
（３）裏打部材
径４ｍｍ、長さ９．５ｍｍであり、外側面のうちの端面から０．５〜５．０ｍｍの位置に螺旋が螺設された円柱形の径小の円柱部と、径小の円柱部に同心円状に延設され、径４ｍｍ、長さ３．５ｍｍの径大の円柱部とを有し、径小の円柱部及び径大の円柱部のそれぞれの径方向の中心部に、径０．８ｍｍのリード線挿通孔３１が軸線方向に貫通して設けられたチタン合金製の裏打部材３を作製した。また、裏打部材３の他端面に電極端子６を取り付けた。
尚、前面部材１の軸線方向の長さのうちの側面部材２との境界より超音波放射面側の寸法は、共振周波数１００ｋＨｚに基づき、ＳＯＮＩＣ社製、型式「Ｒ２２０」により測定した音速値及び文献での音速値をもとに、下式より算出される波長λの１／４となる１１ｍｍとした。
λ＝Ｖ／ｆ
λ；波長、Ｖ；音速、ｆ；共振周波数
また、超音波振動子の全長は２５．０ｍｍである。
［２］圧電セラミック体の作製
（１）未焼成第１セラミック板
圧電セラミックとしてチタン酸ジルコン酸鉛を用いて、径２．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、径方向の中心部に径０．０７ｍｍの貫通孔が設けられた焼成により第１セラミック成形体となる未焼成第１セラミック成形体を作製し、未焼成第１セラミック成形体の一面側の径方向の中心部の径０．６５ｍｍの部分を除く他の全面、及び他面側の周縁部の一部を除く全面に、銀及びパラジウムを含有する導電ペーストを塗布し、焼成により第１一面側導電層となる未焼成第１一面側導電塗膜、及び焼成により第１他面側導電層となる未焼成第１他面側導電塗膜を形成した。
尚、未焼成第１他面側導電塗膜を形成するときに、導電ペーストが貫通孔に流入し、焼成により導電体となる未焼成導電体が形成された。
（２）未焼成第２セラミック板
上記の圧電セラミックを用いて、径２．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの焼成により第２セラミック成形体となる未焼成第２セラミック成形体を作製し、未焼成第２セラミック成形体の一面側の全面、及び他面側の周縁部の一部を除く全面に、上記の導電ペーストを塗布し、焼成により第２一面側導電層となる未焼成第２一面側導電塗膜、及び焼成により第２他面側導電層となる未焼成第２他面側導電塗膜を形成した。
（３）積層体
上記（１）で作製した未焼成第１セラミック板３枚を、１枚目の未焼成第１一面側導電塗膜と、２枚目の未焼成第１一面側導電塗膜とが当接し、２枚目の未焼成第１他面側導電塗膜と、３枚目の未焼成第１一面側導電塗膜とが当接するようにして積層体とし、その後、この積層体の３枚目の未焼成第１セラミック板の未焼成第１他面側導電塗膜と、上記（２）で作製した未焼成第２セラミック板の未焼成第２他面側導電塗膜とが当接するように未焼成第２セラミック板を積層させた。
（４）未焼成第１側面側導電塗膜及び未焼成第２側面側導電塗膜
上記（３）で作成した積層体の側面に、上記の導電ペーストを、上記の各々の未焼成第１一面側導電塗膜及び上記の未焼成第２一面側導電塗膜と接触し、上記のそれぞれの未焼成第１他面側導電塗膜及び上記の未焼成第２他面側導電塗膜と接触せず、且つ互いに接触するように未焼成第１側面側導電塗膜及び未焼成第２側面側導電塗膜を形成した。
（５）焼成
上記（４）で作製した積層体、未焼成第２セラミック板並びに未焼成第１側面側導電塗膜及び未焼成第２側面側導電塗膜を、大気雰囲気下、９００℃で２時間保持して、各々の未焼成セラミック成形体と、未焼成導電層及び未焼成導電体とを同時焼成し、圧電セラミック体４を作製した。また、圧電セラミック体４の第１圧電セラミック板の一面側における導電体４２４の端部に、絶縁被覆が施された電極リード線７の一端部を接合した。
尚、焼成後の圧電セラミック体４の径は２．５ｍｍ、長さは２ｍｍであった。
（１）未焼成第１セラミック板
圧電セラミックとしてチタン酸ジルコン酸鉛を用いて、径２．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、径方向の中心部に径０．０７ｍｍの貫通孔が設けられた焼成により第１セラミック成形体となる未焼成第１セラミック成形体を作製し、未焼成第１セラミック成形体の一面側の径方向の中心部の径０．６５ｍｍの部分を除く他の全面、及び他面側の周縁部の一部を除く全面に、銀及びパラジウムを含有する導電ペーストを塗布し、焼成により第１一面側導電層となる未焼成第１一面側導電塗膜、及び焼成により第１他面側導電層となる未焼成第１他面側導電塗膜を形成した。
尚、未焼成第１他面側導電塗膜を形成するときに、導電ペーストが貫通孔に流入し、焼成により導電体となる未焼成導電体が形成された。
（２）未焼成第２セラミック板
上記の圧電セラミックを用いて、径２．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの焼成により第２セラミック成形体となる未焼成第２セラミック成形体を作製し、未焼成第２セラミック成形体の一面側の全面、及び他面側の周縁部の一部を除く全面に、上記の導電ペーストを塗布し、焼成により第２一面側導電層となる未焼成第２一面側導電塗膜、及び焼成により第２他面側導電層となる未焼成第２他面側導電塗膜を形成した。
（３）積層体
上記（１）で作製した未焼成第１セラミック板３枚を、１枚目の未焼成第１一面側導電塗膜と、２枚目の未焼成第１一面側導電塗膜とが当接し、２枚目の未焼成第１他面側導電塗膜と、３枚目の未焼成第１一面側導電塗膜とが当接するようにして積層体とし、その後、この積層体の３枚目の未焼成第１セラミック板の未焼成第１他面側導電塗膜と、上記（２）で作製した未焼成第２セラミック板の未焼成第２他面側導電塗膜とが当接するように未焼成第２セラミック板を積層させた。
（４）未焼成第１側面側導電塗膜及び未焼成第２側面側導電塗膜
上記（３）で作成した積層体の側面に、上記の導電ペーストを、上記の各々の未焼成第１一面側導電塗膜及び上記の未焼成第２一面側導電塗膜と接触し、上記のそれぞれの未焼成第１他面側導電塗膜及び上記の未焼成第２他面側導電塗膜と接触せず、且つ互いに接触するように未焼成第１側面側導電塗膜及び未焼成第２側面側導電塗膜を形成した。
（５）焼成
上記（４）で作製した積層体、未焼成第２セラミック板並びに未焼成第１側面側導電塗膜及び未焼成第２側面側導電塗膜を、大気雰囲気下、９００℃で２時間保持して、各々の未焼成セラミック成形体と、未焼成導電層及び未焼成導電体とを同時焼成し、圧電セラミック体４を作製した。また、圧電セラミック体４の第１圧電セラミック板の一面側における導電体４２４の端部に、絶縁被覆が施された電極リード線７の一端部を接合した。
尚、焼成後の圧電セラミック体４の径は２．５ｍｍ、長さは２ｍｍであった。
［３］超音波振動子の製造
上記［１］、（１）で作製した前面部材１の当接面１２［表面粗さ（Ｒａ）は３．２μｍである。］に、上記［２］、（５）で作製した圧電セラミック体４の一端面を当接させ、その後、側面部材２の一端側の内側面に螺設された螺旋と、前面部材１の超音波放射面１１とは反対側の外側面に螺設された螺旋とを螺合させ、次いで、電極リード線７を裏打部材３に設けられたリード線挿通孔３１に挿通させ、その他端部を裏打部材３の他端側から取り出し、その後、側面部材２の他端側の内側面に螺設された螺旋と、裏打部材３の一端側の外側面に螺設された螺旋とを螺合させ、圧電セラミック体３を圧接させて超音波振動子１０１を製造した。
上記［１］、（１）で作製した前面部材１の当接面１２［表面粗さ（Ｒａ）は３．２μｍである。］に、上記［２］、（５）で作製した圧電セラミック体４の一端面を当接させ、その後、側面部材２の一端側の内側面に螺設された螺旋と、前面部材１の超音波放射面１１とは反対側の外側面に螺設された螺旋とを螺合させ、次いで、電極リード線７を裏打部材３に設けられたリード線挿通孔３１に挿通させ、その他端部を裏打部材３の他端側から取り出し、その後、側面部材２の他端側の内側面に螺設された螺旋と、裏打部材３の一端側の外側面に螺設された螺旋とを螺合させ、圧電セラミック体３を圧接させて超音波振動子１０１を製造した。
本発明の超音波振動子は、特に小型の超音波機器に組み込まれて用いられる用途において有用な構造を有し、前記のように医療関連の各種の超音波機器に組み込んで用いることができる。
１０１，１０２，１０３；超音波振動子、１，１ａ；前面部材、１１；超音波放射面、１２；当接面、１２１；嵌装用凹部、１２２；絶縁用凹部、２，２ａ；側面部材、３，３ａ；裏打部材、３１；リード線挿通孔、４；圧電セラミック体、４１；第１圧電セラミック板、４２１；第１一面側導電層、４２２；第１他面側導電層、４２３；第１側面側導電層、４２４；導電体、４３；第２圧電セラミック板、４４１；第２一面側導電層、４４２；第２他面側導電層、４４３；第２側面側導電層、４５，４６；導電層が設けられていない部分、５；絶縁材層、６；電極端子、７；電極リード線、８；未分極セラミック板。
Claims (13)
- 超音波放射面を有する前面部材と、側面部材と、裏打部材と、圧電セラミック体とを、軸線方向に一体に備える超音波振動子であって、
上記側面部材の一端側が上記前面部材の上記超音波放射面とは反対側に取り付けられ、上記裏打部材の一端側が該側面部材の他端側に取り付けられ、上記圧電セラミック体は該前面部材と該裏打部材との間に介装されていることを特徴とする超音波振動子。 - 上記前面部材の上記圧電セラミック体の一端面が当接する当接面の表面粗さ（Ｒａ）が１２．５μｍ以下である請求項１に記載の超音波振動子。
- 上記当接面に、上記圧電セラミック体の一端面側を嵌装するための嵌装用凹部が設けられている請求項２に記載の超音波振動子。
- 上記側面部材の内側面と、上記圧電セラミック体の外側面との間に絶縁材層が介装されている請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
- 上記圧電セラミック体に設けられた電極のうちの一方の電極は、上記裏打部材を導電経路として該裏打部材に取り付けられた電極端子に接続され、
他方の電極には、該裏打部材を貫通して設けられたリード線挿通孔に装通された電極リード線の一端部が接続され、且つ該電極リード線の他端部が該裏打部材の他端側から取り出されている請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。 - 上記前面部材の構成材料は、上記裏打部材の構成材料よりも、振動の内部損失が小さくなる材料が適用されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
- 上記前面部材を伝わる音速が、上記裏打部材を伝わる音速よりも速くなるように、上記前面部材及び上記裏打部材を構成する材料が選ばれていることを特徴とする請求項６に記載の超音波振動子。
- 上記前面部材は、上記裏打部材の構成材料よりも、密度が小さい材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
- 上記側面部材の熱膨張係数は、上記前面部材及び上記裏打部材の各熱膨張係数よりも、上記圧電セラミック体の熱膨張係数に近い値を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
- 上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板と、第２圧電セラミック板とを備え、
上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、
奇数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の上記前面部材側となる面が該第１圧電セラミック成形体の該他面側と該第１他面側導電層とにより構成されており、
上記第２圧電セラミック板は、第２圧電セラミック成形体と、該第２圧電セラミック成形体の一面側に設けられた第２一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第２他面側導電層と、側面に設けられ、且つ上記第１側面側導電層及び該第２一面側導電層に導通し、該第２他面側導電層に導通しない第２側面側導電層とを有し、
上記第２圧電セラミック板は、上記積層体の上記前面部材側となる上記面と、上記前面部材の上記当接面との間に、上記第２一面側導電層と該当接面とが当接するようにして介装されて積層されている請求項２乃至９のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。 - 上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板を備え、
上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、
偶数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の一面及び他面がともに該第１圧電セラミック成形体と該第１一面側導電層とにより構成されており、
上記前面部材の上記当接面のうちの上記導電体の端面と対向する位置に、該端面より径大の絶縁用凹部が設けられている請求項２乃至９のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。 - 上記圧電セラミック体は、第１圧電セラミック板を備え、
上記第１圧電セラミック板は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する第１圧電セラミック成形体と、該第１圧電セラミック成形体の該貫通孔に充填された導電体と、一面側の該貫通孔の周縁部を除く部分に設けられた第１一面側導電層と、他面側の周縁部の一部を除く部分に設けられた第１他面側導電層と、側面に設けられ、且つ該第１一面側導電層に導通し、該第１他面側導電層に導通しない第１側面側導電層とを有し、
偶数枚の上記第１圧電セラミック板が、各々の上記一面側同士又は上記他面側同士が交互に当接されて積層体とされ、該積層体の一面及び他面がともに該第１圧電セラミック成形体と該第１一面側導電層とにより構成されており、
上記積層体と、上記前面部材の上記当接面との間に、未分極セラミック板が介装されている請求項２乃至９のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。 - 請求項１乃至１２のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子を備えることを特徴とする超音波機器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008075896A JP5086146B2 (ja) | 2007-03-29 | 2008-03-24 | 超音波振動子及びそれを備える超音波機器 |
| US12/057,546 US7847468B2 (en) | 2007-03-29 | 2008-03-28 | Ultrasonic transducer and ultrasonic apparatus having the same |
| EP08251157.7A EP1974833A3 (en) | 2007-03-29 | 2008-03-28 | Ultrasonic transducer and ultrasonic apparatus having the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007089453 | 2007-03-29 | ||
| JP2007089453 | 2007-03-29 | ||
| JP2008075896A JP5086146B2 (ja) | 2007-03-29 | 2008-03-24 | 超音波振動子及びそれを備える超音波機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008264773A true JP2008264773A (ja) | 2008-11-06 |
| JP5086146B2 JP5086146B2 (ja) | 2012-11-28 |
Family
ID=40045026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008075896A Expired - Fee Related JP5086146B2 (ja) | 2007-03-29 | 2008-03-24 | 超音波振動子及びそれを備える超音波機器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7847468B2 (ja) |
| JP (1) | JP5086146B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010035323A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波振動子及びその製造方法 |
| JP2011160586A (ja) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波振動子 |
| JP2016529926A (ja) * | 2013-09-20 | 2016-09-29 | エシコン・エンド−サージェリィ・エルエルシーＥｔｈｉｃｏｎ Ｅｎｄｏ−Ｓｕｒｇｅｒｙ， ＬＬＣ | 超音波外科用器具のトランスデューサ特徴部 |
| JP2017225221A (ja) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | 有限会社メカノトランスフォーマ | アクチュエータおよび伸縮素子のリード線引き出し方法 |
| KR20180020865A (ko) * | 2016-08-19 | 2018-02-28 | 팔콘 머신 툴스 캄파니 리미티드 | 전기 회전 주축과 초음파 나이프 핸들의 전력 전도 연결 구조 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7969005B2 (en) * | 2007-04-27 | 2011-06-28 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Packaging board, rewiring, roughened conductor for semiconductor module of a portable device, and manufacturing method therefor |
| US8460221B2 (en) * | 2009-08-20 | 2013-06-11 | Krypton Systems LLC | Ultra-sonic and vibratory treatment devices and methods |
| EP2289435A1 (de) * | 2009-08-27 | 2011-03-02 | Storz Medical Ag | Druckwellengerät zur Behandlung des menschlichen oder tierischen Körpers mit Piezolagenstapel |
| WO2015001822A1 (ja) * | 2013-07-03 | 2015-01-08 | オリンパス株式会社 | 超音波振動デバイス、超音波振動デバイスの製造方法および超音波医療装置 |
| KR20150019586A (ko) * | 2013-08-14 | 2015-02-25 | 삼성전기주식회사 | 압전 액추에이터 모듈 및 이의 제조방법 |
| US9283113B2 (en) * | 2014-05-22 | 2016-03-15 | Novartis Ag | Ultrasonic hand piece |
| CN104190608B (zh) * | 2014-07-21 | 2016-05-04 | 上海交通大学 | 一种油冷超声换能器调幅器一体件 |
| FR3034257B1 (fr) * | 2015-03-25 | 2017-03-31 | Univ De Lorraine | Capteur piezoelectrique et instrument comportant un tel capteur |
| EP3130407B1 (en) * | 2015-08-10 | 2020-11-25 | Apator Miitors ApS | Method of bonding a piezoelectric ultrasonic transducer |
| CN108247437A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-07-06 | 中科精感智能（北京）科技有限公司 | 一种带电极的超声刀柄 |
| JP7182783B2 (ja) * | 2019-02-01 | 2022-12-05 | 本多電子株式会社 | ボルト締めランジュバン型振動子、超音波計測用機器 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4833266U (ja) * | 1971-08-23 | 1973-04-21 | ||
| JPS5140089A (ja) * | 1974-09-30 | 1976-04-03 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Choonpahenkanki |
| JPS6436199A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-07 | Cho Onpa Kogyo Co | Self-binding outer tightening langevin type vibrator |
| JPH08173902A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-09 | Tokin Corp | ボルト締め振動子 |
| JPH091067A (ja) * | 1995-06-20 | 1997-01-07 | Tokin Corp | ボルト締め振動子 |
| JPH10200995A (ja) * | 1996-11-15 | 1998-07-31 | Daishinku Co | ボルト締めランジュバン型振動子 |
| JP2003199195A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ランジュバン型超音波振動子 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19928179B4 (de) * | 1999-06-19 | 2008-07-31 | Robert Bosch Gmbh | Piezoaktor |
| US6871770B2 (en) * | 2001-10-01 | 2005-03-29 | Asm Assembly Automation Limited | Ultrasonic transducer |
| US7627936B2 (en) * | 2006-01-23 | 2009-12-08 | Piezoinnovations | Methods of manufacture of a transducer devices actuators |
| US7557492B2 (en) * | 2006-07-24 | 2009-07-07 | Halliburton Energy Services, Inc. | Thermal expansion matching for acoustic telemetry system |
-
2008
- 2008-03-24 JP JP2008075896A patent/JP5086146B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2008-03-28 US US12/057,546 patent/US7847468B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4833266U (ja) * | 1971-08-23 | 1973-04-21 | ||
| JPS5140089A (ja) * | 1974-09-30 | 1976-04-03 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Choonpahenkanki |
| JPS6436199A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-07 | Cho Onpa Kogyo Co | Self-binding outer tightening langevin type vibrator |
| JPH08173902A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-09 | Tokin Corp | ボルト締め振動子 |
| JPH091067A (ja) * | 1995-06-20 | 1997-01-07 | Tokin Corp | ボルト締め振動子 |
| JPH10200995A (ja) * | 1996-11-15 | 1998-07-31 | Daishinku Co | ボルト締めランジュバン型振動子 |
| JP2003199195A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ランジュバン型超音波振動子 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010035323A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波振動子及びその製造方法 |
| JP2011160586A (ja) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 超音波振動子 |
| JP2016529926A (ja) * | 2013-09-20 | 2016-09-29 | エシコン・エンド−サージェリィ・エルエルシーＥｔｈｉｃｏｎ Ｅｎｄｏ−Ｓｕｒｇｅｒｙ， ＬＬＣ | 超音波外科用器具のトランスデューサ特徴部 |
| US10231747B2 (en) | 2013-09-20 | 2019-03-19 | Ethicon Llc | Transducer features for ultrasonic surgical instrument |
| JP2017225221A (ja) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | 有限会社メカノトランスフォーマ | アクチュエータおよび伸縮素子のリード線引き出し方法 |
| KR20180020865A (ko) * | 2016-08-19 | 2018-02-28 | 팔콘 머신 툴스 캄파니 리미티드 | 전기 회전 주축과 초음파 나이프 핸들의 전력 전도 연결 구조 |
| KR101882240B1 (ko) * | 2016-08-19 | 2018-07-26 | 팔콘 머신 툴스 캄파니 리미티드 | 전기 회전 주축과 초음파 나이프 핸들의 전력 전도 연결 구조 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20090015104A1 (en) | 2009-01-15 |
| JP5086146B2 (ja) | 2012-11-28 |
| US7847468B2 (en) | 2010-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5086146B2 (ja) | 超音波振動子及びそれを備える超音波機器 | |
| JP4761459B2 (ja) | 圧電振動ユニット及び圧電式スピーカ | |
| JP4843395B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JP5605433B2 (ja) | 圧電振動装置 | |
| JP2006229647A (ja) | 骨伝導用音響用振動子 | |
| CN112893067B (zh) | 多胞元换能器 | |
| JP2013115537A (ja) | バッキング部材、超音波プローブ及び超音波画像表示装置 | |
| JP4662072B2 (ja) | 圧電音響素子、音響装置及び携帯端末装置 | |
| US8717849B1 (en) | Slotted cylinder acoustic transducer | |
| CN113453808B (zh) | 具有放大的变形的压电致动器 | |
| JP2009121520A (ja) | 振動抑制装置 | |
| JP2011244133A (ja) | 音響トランスデューサ | |
| JP2017099504A (ja) | 超音波プローブ及び超音波画像表示装置 | |
| JP5888294B2 (ja) | 圧電スピーカーの製造方法 | |
| JP2005311415A (ja) | 音響振動発生素子 | |
| JP5330765B2 (ja) | 超音波プローブ素子 | |
| JP2014127843A (ja) | 音響発生器、音響発生装置および電子機器 | |
| JP2007221532A (ja) | 音響振動発生素子 | |
| EP1974833A2 (en) | Ultrasonic transducer and ultrasonic apparatus having the same | |
| JPWO2014087961A1 (ja) | 電気音響変換器、その製造方法、及びその電気音響変換器を用いた電子機器 | |
| JP6799274B2 (ja) | 圧電音響装置 | |
| JP6595280B2 (ja) | 音響発生器 | |
| JP2016047175A (ja) | 光音響画像化装置 | |
| WO2016093228A1 (ja) | 振動体および振動体アレイ | |
| JP5890209B2 (ja) | 音響発生装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091228 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111110 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111213 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120210 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120821 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120906 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |