JP2021168427A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波トランスデューサに関する。 The present invention relates to an ultrasonic transducer.
特許文献1には、超音波トランスデューサが開示されている。特許文献1に開示される超音波トランスデューサは、板状のトランスデューサ本体の両面に導電層が配置され、一方の導電層に対して直線的な円筒コイルばねが接触している。 Patent Document 1 discloses an ultrasonic transducer. In the ultrasonic transducer disclosed in Patent Document 1, conductive layers are arranged on both sides of a plate-shaped transducer body, and a linear cylindrical coil spring is in contact with one of the conductive layers.
特許文献1の超音波トランスデューサは、トランスデューサ本体の表面に配置される導電層に対して直線的に構成されたコイルの一端を接触させる構成を採用している。しかし、特許文献1の超音波トランスデューサのように、直線的な円筒コイルばねを導電層に接触させる構成では、「振動が発生する素子の厚さ方向のスペースを削減すること」と「コイルばねが弾性力を十分発揮すること」を両立することが難しい。 The ultrasonic transducer of Patent Document 1 employs a configuration in which one end of a coil formed linearly is brought into contact with a conductive layer arranged on the surface of the transducer body. However, in a configuration in which a linear cylindrical coil spring is brought into contact with the conductive layer as in the ultrasonic transducer of Patent Document 1, "reducing the space in the thickness direction of the element in which vibration is generated" and "the coil spring is It is difficult to achieve both "to fully exert elastic force".
本発明は、上述の事情に基づいて完成されたものであって、ばね電極において、圧電体の厚さ方向のサイズ低減と上記厚さ方向の弾性力の確保を両立しやすい超音波トランスデューサを提供することを目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and provides an ultrasonic transducer that can easily reduce the size of the piezoelectric body in the thickness direction and secure the elastic force in the thickness direction in the spring electrode. The purpose is to do.
本発明の一つである超音波トランスデューサは、
圧電体と、前記圧電体における厚さ方向一方側の第1面に配置される第1導電層と、前記圧電体における前記厚さ方向他方側の第2面に配置される第2導電層と、を備え、前記第1導電層と前記第2導電層との間に電圧が印加されることに応じて超音波を発生させる圧電素子と、
前記圧電素子で発生する超音波を伝達する音響伝達部と、
を有し、
前記圧電素子における前記第2導電層側の面が前記音響伝達部に固定された超音波トランスデューサであって、
前記第1導電層、又は前記第1導電層及び前記第2導電層のいずれかに電気的に接続された導体部、を接触対象とし、前記接触対象と接触しつつ導通するばね電極と、
前記接触対象と対向して配置され、前記接触対象との間で前記ばね電極を挟持する支持部と、
を有し、
前記ばね電極は、前記厚さ方向に延びる中心軸線の周りに巻き回され且つ前記厚さ方向一方側又は前記厚さ方向他方側に向かうにつれて外径が小さくなるコイルばねを有し、
前記ばね電極が前記厚さ方向一方側から前記接触対象に押し付けられた状態で保持される。
The ultrasonic transducer, which is one of the present inventions,
A piezoelectric body, a first conductive layer arranged on the first surface on one side in the thickness direction of the piezoelectric body, and a second conductive layer arranged on the second surface on the other side in the thickness direction of the piezoelectric body. , And a piezoelectric element that generates ultrasonic waves in response to a voltage applied between the first conductive layer and the second conductive layer.
An acoustic transmission unit that transmits ultrasonic waves generated by the piezoelectric element,
Have,
An ultrasonic transducer in which the surface of the piezoelectric element on the side of the second conductive layer is fixed to the acoustic transmission portion.
A spring electrode that conducts contact with the first conductive layer, or a conductor portion electrically connected to any of the first conductive layer and the second conductive layer, and conducts contact with the contact target.
A support portion that is arranged to face the contact object and sandwiches the spring electrode between the contact object and the support portion.
Have,
The spring electrode has a coil spring that is wound around a central axis extending in the thickness direction and whose outer diameter decreases toward one side in the thickness direction or the other side in the thickness direction.
The spring electrode is held in a state of being pressed against the contact object from one side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサでは、ばね電極は、圧電体の厚さ方向に延びる中心軸線の周りに巻き回され且つ上記厚さ方向一方側又は上記厚さ方向他方側に向かうにつれて外径が小さくなるコイルばねを有する。この超音波トランスデューサは、コイルばねにおいて上記厚さ方向のサイズを低減しても、上記厚さ方向に押すための弾性力が確保されやすい。よって、この超音波トランスデューサは、ばね電極において、上記厚さ方向のサイズ低減と上記厚さ方向の弾性力の確保を両立しやすく、小型化を図りつつ、電気的な接続を高めることができる。 In this ultrasonic transducer, the spring electrode is wound around a central axis extending in the thickness direction of the piezoelectric body, and the outer diameter becomes smaller toward one side in the thickness direction or the other side in the thickness direction. Has. In this ultrasonic transducer, even if the size of the coil spring in the thickness direction is reduced, the elastic force for pushing in the thickness direction can be easily secured. Therefore, in this ultrasonic transducer, it is easy to achieve both the size reduction in the thickness direction and the securing of the elastic force in the thickness direction in the spring electrode, and it is possible to improve the electrical connection while reducing the size.
上記超音波トランスデューサは、内側電極をばね電極として含んでいてもよい。内側電極は、第1導電層又は第1導電層に電気的に接続された第1導体部を接触対象とし、自身の一部をなすコイルばねが接触対象と支持部との間に圧縮状態で配置され、接触対象を上記厚さ方向他方側に押した状態で保持される構成であってもよい。 The ultrasonic transducer may include an inner electrode as a spring electrode. The inner electrode targets the first conductive layer or the first conductor portion electrically connected to the first conductive layer as a contact target, and the coil spring forming a part of itself is in a compressed state between the contact target and the support portion. It may be arranged and held in a state where the contact object is pushed to the other side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサは、ばね電極として構成された内側電極において上記厚さ方向のサイズ低減と上記厚さ方向の弾性力の確保を両立しやすい。特に、この超音波トランスデューサは、支持部と圧電体との間隔の低減が図られやすく且つばね電極が接触対象を押す力が確保されやすい。 In this ultrasonic transducer, it is easy to achieve both the size reduction in the thickness direction and the securing of the elastic force in the thickness direction in the inner electrode configured as the spring electrode. In particular, in this ultrasonic transducer, the distance between the support portion and the piezoelectric body can be easily reduced, and the force with which the spring electrode pushes the contact object can be easily secured.
上記内側電極が上記ばね電極である場合、内側電極は、第1導体部を接触対象とし、自身の一部をなすコイルばねが第1導体部と支持部との間に圧縮状態で配置され、第1導体部を上記厚さ方向他方側に押した状態で保持される構成であってもよい。 When the inner electrode is the spring electrode, the inner electrode has a first conductor portion as a contact target, and a coil spring forming a part of itself is arranged in a compressed state between the first conductor portion and the support portion. The first conductor portion may be held in a state of being pushed to the other side in the thickness direction.
圧電体の両面に導電層が配置された圧電素子を備えた超音波トランスデューサは、上記導電層に対して電極が電気的に接続される必要がある。しかし、上記導電層に対してはんだ付けによって電極を接続すると、はんだ付けに用いられるはんだ量によって圧電素子の発振特性が変化してしまう懸念がある。これに対し、上記の超音波トランスデューサのように、ばね電極として構成される内側電極が第1導体部を上記厚さ方向他方側に押した状態で保持される構成であれば、はんだ付けを行わずに済む。よって、この超音波トランスデューサは、はんだ量に起因して圧電素子の発振特性が変化するという問題を解消することができる。 In an ultrasonic transducer having a piezoelectric element in which conductive layers are arranged on both sides of the piezoelectric body, the electrodes need to be electrically connected to the conductive layer. However, when the electrodes are connected to the conductive layer by soldering, there is a concern that the oscillation characteristics of the piezoelectric element may change depending on the amount of solder used for soldering. On the other hand, if the inner electrode configured as the spring electrode is held in a state where the first conductor portion is pushed to the other side in the thickness direction as in the ultrasonic transducer described above, soldering is performed. You don't have to. Therefore, this ultrasonic transducer can solve the problem that the oscillation characteristics of the piezoelectric element change due to the amount of solder.
上記の超音波トランスデューサにおいて、内側電極のコイルばねは、上記厚さ方向他方側に向かうにつれて外径が小さくなる構成であってもよい。 In the ultrasonic transducer described above, the coil spring of the inner electrode may have a configuration in which the outer diameter decreases toward the other side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサでは、内側電極のコイルばねの外径が、上記厚さ方向他方側に向かうにつれて次第に抑えられる。よって、この超音波トランスデューサは、内側電極の圧電素子側のサイズをより低減することができる。 In this ultrasonic transducer, the outer diameter of the coil spring of the inner electrode is gradually suppressed toward the other side in the thickness direction. Therefore, this ultrasonic transducer can further reduce the size of the inner electrode on the piezoelectric element side.
上記の超音波トランスデューサにおいて、内側電極のコイルばねは、上記厚さ方向他方側に向かうにつれて外径が大きくなる構成であってもよい。 In the ultrasonic transducer described above, the coil spring of the inner electrode may have a configuration in which the outer diameter increases toward the other side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサでは、内側電極のコイルばねの外径が、上記厚さ方向他方側に向かうにつれて次第に大きくなるため、内側電極の支持部側のサイズを相対的に低減することができる。 In this ultrasonic transducer, the outer diameter of the coil spring of the inner electrode gradually increases toward the other side in the thickness direction, so that the size of the support portion side of the inner electrode can be relatively reduced.
上記のいずれの超音波トランスデューサも、外側電極をばね電極として含んでいてもよい。そして、接触対象は、導電性を有するとともに第2導電層に電気的に接続され且つ環状に構成された環状部材を備えていてもよい。そして、外側電極は、環状部材を上記厚さ方向他方側に押した状態で保持される構成であってもよい。 Any of the above ultrasonic transducers may include an outer electrode as a spring electrode. Then, the contact target may include an annular member having conductivity, being electrically connected to the second conductive layer, and being formed in an annular shape. The outer electrode may be held in a state where the annular member is pushed to the other side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサは、ばね電極として構成された外側電極において上記厚さ方向のサイズ低減と上記厚さ方向の弾性力の確保を両立しやすい。しかも、この超音波トランスデューサは、導電性を有する環状部材に対して外側電極を押し付ける構成で、電気的な接続を安定的に確保することができる。 In this ultrasonic transducer, it is easy to achieve both the size reduction in the thickness direction and the securing of the elastic force in the thickness direction in the outer electrode configured as the spring electrode. Moreover, this ultrasonic transducer has a configuration in which the outer electrode is pressed against the conductive annular member, so that an electrical connection can be stably secured.
上記の環状部材は、音響伝達部における圧電素子の周囲の部分に対して直接又は他部材を介して間接的に固定されていてもよく、環状部材において第1導電層よりも上記厚さ方向一方側には、第1導電層と絶縁された状態で環状導体部が設けられていてもよい。そして、外側電極は、上記厚さ方向一方側から環状導体部に押し付けられた状態で保持される構成であってもよい。 The annular member may be directly or indirectly fixed to the peripheral portion of the piezoelectric element in the acoustic transmission portion via another member, and the annular member may be fixed to the annular member in the thickness direction of the first conductive layer. An annular conductor portion may be provided on the side in a state of being insulated from the first conductive layer. The outer electrode may be held in a state of being pressed against the annular conductor portion from one side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサは、音響伝達部における圧電素子の周囲の部分を利用して環状部材を安定的に保持することができる。更に、この超音波トランスデューサは、このように安定的に保持される環状部材において、第1導電層よりも上記厚さ方向一方側の位置に第1導電層とは絶縁された環状導体部が設けられ、環状導体部によって外側電極を受けることができる。よって、この超音波トランスデューサは、「第1導電層よりも上記厚さ方向一方側の位置での外側電極と環状導体部の電気的な接続」と「第1導電層に対する外側電極の確実な絶縁」を両立することができる。 This ultrasonic transducer can stably hold the annular member by utilizing the peripheral portion of the piezoelectric element in the acoustic transmission portion. Further, in this ultrasonic transducer, in the annular member thus stably held, an annular conductor portion insulated from the first conductive layer is provided at a position on one side of the first conductive layer in the thickness direction. The outer electrode can be received by the annular conductor portion. Therefore, this ultrasonic transducer has "electrical connection between the outer electrode and the annular conductor portion at a position on one side in the thickness direction of the first conductive layer" and "reliable insulation of the outer electrode with respect to the first conductive layer". Can be compatible with each other.
上記のいずれの超音波トランスデューサも、ばね電極として内側電極及び外側電極を含んでいてもよい。そして、外側電極は、導電性を有し且つ環状に構成された環状部材を接触対象とする構成であってもよい。そして、環状部材は、音響伝達部における圧電素子の周囲の部分に対して直接又は他部材を介して間接的に固定されていてもよい。そして、環状部材において第1導電層よりも上記厚さ方向一方側には、第1導電層と絶縁された状態で環状導体部が設けられていてもよい。そして、外側電極は、上記厚さ方向一方側から環状導体部に押し付けられた状態で保持されていてもよい。そして、環状導体部は、自身の上記厚さ方向一方側の端部に開口部が設けられていてもよい。そして、支持部は、上記厚さ方向他方側に突出し且つ上記開口部に挿入される突出部を有していてもよい。そして、内側電極のコイルばねにおける上記厚さ方向一方側の端部は、環状部材の内部において上記突出部の突出側の端面に支持される構成であってもよい。 Any of the above ultrasonic transducers may include an inner electrode and an outer electrode as spring electrodes. The outer electrode may be configured to contact an annular member having conductivity and being formed in an annular shape. Then, the annular member may be directly or indirectly fixed to the peripheral portion of the piezoelectric element in the acoustic transmission portion via another member. Then, in the annular member, an annular conductor portion may be provided on one side of the first conductive layer in the thickness direction in a state of being insulated from the first conductive layer. Then, the outer electrode may be held in a state of being pressed against the annular conductor portion from one side in the thickness direction. The annular conductor portion may be provided with an opening at one end on one side in the thickness direction of the annular conductor portion. Then, the support portion may have a protruding portion that protrudes to the other side in the thickness direction and is inserted into the opening. Then, the end portion of the coil spring of the inner electrode on one side in the thickness direction may be supported inside the annular member by the end surface of the protruding portion on the protruding side.
この超音波トランスデューサは、第1導電層に対する電気的な接続も、第2導電層に対する電気的な接続も、ばね電極を介在させて確保することができる。また、この超音波トランスデューサは、音響伝達部における圧電素子の周囲の部分を利用して環状部材を安定的に保持することができる。更に、この超音波トランスデューサは、このように安定的に保持される環状部材において、第1導電層よりも上記厚さ方向一方側の位置に第1導電層とは絶縁された環状導体部が設けられ、環状導体部によって外側電極を受けることができる。よって、この超音波トランスデューサは、「第1導電層よりも上記厚さ方向一方側の位置での外側電極と環状導体部の電気的な接続」と「第1導電層に対する外側電極の確実な絶縁」を両立することができる。しかも、環状導体部の上記厚さ方向一方側の端部に設けられた開口部に対し、上記支持部の上記厚さ方向他方側に設けられた突出部が挿入され、内側電極のコイルばねの上記厚さ方向一方側の端部が上記突出部の突出側の端面に支持される。よって、この超音波トランスデューサは、内側電極と環状導体部とが接触しにくく、内側電極と環状導体部の絶縁性が一層高まる。 In this ultrasonic transducer, both the electrical connection to the first conductive layer and the electrical connection to the second conductive layer can be secured by interposing the spring electrode. Further, this ultrasonic transducer can stably hold the annular member by utilizing the peripheral portion of the piezoelectric element in the acoustic transmission portion. Further, in this ultrasonic transducer, in the annular member thus stably held, an annular conductor portion insulated from the first conductive layer is provided at a position on one side of the first conductive layer in the thickness direction. The outer electrode can be received by the annular conductor portion. Therefore, this ultrasonic transducer has "electrical connection between the outer electrode and the annular conductor portion at a position on one side in the thickness direction of the first conductive layer" and "reliable insulation of the outer electrode with respect to the first conductive layer". Can be compatible with each other. Moreover, a protrusion provided on the other side of the support portion in the thickness direction is inserted into the opening provided on one end of the annular conductor portion in the thickness direction, and the coil spring of the inner electrode is formed. One end in the thickness direction is supported by the protruding end surface of the protruding portion. Therefore, in this ultrasonic transducer, the inner electrode and the annular conductor portion are less likely to come into contact with each other, and the insulating property between the inner electrode and the annular conductor portion is further enhanced.
上記突出側の端面を備える上記の超音波トランスデューサにおいて、上記突出側の端面には、上記厚さ方向他方側に突出する環状の壁部が形成されていてもよい。そして、環状の壁部は、コイルばねの上記厚さ方向一方側の端部を囲んで配置されていてもよい。 In the ultrasonic transducer having the end face on the protruding side, an annular wall portion protruding to the other side in the thickness direction may be formed on the end face on the protruding side. Then, the annular wall portion may be arranged so as to surround the end portion of the coil spring on one side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサは、突出側の端面において内側電極の相対移動がより確実に規制されるため、内側電極と環状導体部の絶縁性がより一層高まる。 In this ultrasonic transducer, the relative movement of the inner electrode is more reliably regulated at the end face on the protruding side, so that the insulation between the inner electrode and the annular conductor portion is further enhanced.
上記環状導体部を有する上記の超音波トランスデューサにおいて、上記環状導体部の外周面は、上記厚さ方向一方側に向かうにつれて径が小さくなるテーパ面を有していてもよい。そして、外側電極のコイルばねは、環状導体部の外側においてテーパ面に沿って配置され、上記厚さ方向一方側に向かうにつれて内径が小さくなる構成をなしていてもよく、テーパ面に押し付けられた状態で保持される構成であってもよい。 In the ultrasonic transducer having the annular conductor portion, the outer peripheral surface of the annular conductor portion may have a tapered surface whose diameter decreases toward one side in the thickness direction. The coil spring of the outer electrode may be arranged along the tapered surface on the outside of the annular conductor portion, and may have a configuration in which the inner diameter becomes smaller toward one side in the thickness direction, and is pressed against the tapered surface. It may be a configuration that is held in a state.
この超音波トランスデューサは、環状導体部のテーパ面と外側電極のコイルばねの両方が、上記厚さ方向一方側に向かうにつれて内径が小さくなるように揃えられ、この形状で、外側電極のコイルばねがテーパ面に押し付けられて保持される。この超音波トランスデューサは、外側電極のコイルばねの内側がテーパ面によって安定的に支持されやすく、外側電極のコイルばねの位置ずれが生じにくいため、外側電極と環状導体部の電気的接続が安定的に維持されやすい。 In this ultrasonic transducer, both the tapered surface of the annular conductor portion and the coil spring of the outer electrode are aligned so that the inner diameter becomes smaller toward one side in the thickness direction, and the coil spring of the outer electrode has this shape. It is pressed against the tapered surface and held. In this ultrasonic transducer, the inside of the coil spring of the outer electrode is easily supported stably by the tapered surface, and the coil spring of the outer electrode is less likely to be displaced, so that the electrical connection between the outer electrode and the annular conductor is stable. Easy to maintain.
上記テーパ面を有する上記の超音波トランスデューサにおいて、上記支持部は、テーパ面と対向して配置され且つ外側電極のコイルばねをテーパ面とは反対側から覆う被覆部を有していてもよい。そして、被覆部においてテーパ面と対向する対向面は、コイルばねに沿って配置されるとともに上記厚さ方向一方側に向かうにつれて径が小さくなる第2テーパ面を有していてもよい。 In the ultrasonic transducer having the tapered surface, the support portion may have a covering portion which is arranged to face the tapered surface and covers the coil spring of the outer electrode from the side opposite to the tapered surface. The facing surface facing the tapered surface in the covering portion may have a second tapered surface that is arranged along the coil spring and whose diameter decreases toward one side in the thickness direction.
この超音波トランスデューサは、支持部において外側電極のコイルばねを覆う部分(被覆部)を、テーパ状に構成される上記コイルばねに合わせて上記コイルばねにより近づけることができる。よって、この超音波トランスデューサは、上記被覆部の厚さをより大きく確保することができ、支持部における被覆部付近の強度をより高めることができる。 In this ultrasonic transducer, the portion (covered portion) of the support portion that covers the coil spring of the outer electrode can be brought closer to the coil spring in accordance with the tapered coil spring. Therefore, in this ultrasonic transducer, the thickness of the covering portion can be secured to be larger, and the strength of the supporting portion in the vicinity of the covering portion can be further increased.
上記テーパ面を有する上記の超音波トランスデューサにおいて、外側電極は、コイルばねの上記厚さ方向一方側の端部から支持部側に延びるとともに支持部によって保持される端子を有していてもよい。 In the ultrasonic transducer having the tapered surface, the outer electrode may have a terminal extending from one end of the coil spring on one side in the thickness direction toward the support portion and being held by the support portion.
この超音波トランスデューサは、コイルばねにおける中心軸線寄りに縮径された端部から支持部側に端子を延ばす構成であるため、支持部において中心軸線寄りに端子を配置する上で有利である。 Since this ultrasonic transducer has a configuration in which the terminal extends from the end of the coil spring whose diameter is reduced toward the central axis toward the support portion, it is advantageous in arranging the terminal near the central axis in the support portion.
本発明の一つである超音波トランスデューサは、圧電体の厚さ方向においてスペースの削減を図りつつコイルばねが弾性力を発揮しやすい。 In the ultrasonic transducer, which is one of the present inventions, the coil spring tends to exert an elastic force while reducing the space in the thickness direction of the piezoelectric body.
<第1実施形態>
以下の説明は、第1実施形態の超音波トランスデューサTに関する。
図1で示される第1実施形態の超音波トランスデューサTは、医療用または産業用の超音波装置に用いられる。超音波トランスデューサTは、例えば、使い捨て品(ディスポーザブル品)である。超音波トランスデューサTは、超音波を送受信する。
<First Embodiment>
The following description relates to the ultrasonic transducer T of the first embodiment.
The ultrasonic transducer T of the first embodiment shown in FIG. 1 is used in a medical or industrial ultrasonic device. The ultrasonic transducer T is, for example, a disposable product (disposable product). The ultrasonic transducer T transmits and receives ultrasonic waves.
図2のように、超音波トランスデューサTは、支持部50、外側電極40、内側電極30、環状部材70、包囲部材80、圧電素子10、導電シート102、音響伝達層20、及びケース90を備える。超音波トランスデューサTは、図示が省略された制御装置に電気的に接続され、この制御装置から電気信号を受信し得る。また、超音波トランスデューサTは、上記制御装置に対して電気信号を送信し得る。図2の構成では、音響伝達層20及びケース90が音響伝達部の一例に相当する。
As shown in FIG. 2, the ultrasonic transducer T includes a
以下の説明では、図3のように、圧電体14の厚さ方向が上下方向である。圧電体14の厚さ方向一方側が下方側であり、圧電体14の厚さ方向他方側が上方側である。図3には、超音波トランスデューサTを中心軸線Xに沿って切断した断面が概略的に示される。
In the following description, as shown in FIG. 3, the thickness direction of the
圧電素子10は、超音波を発生させる素子である。圧電素子10は、圧電体14と第1導電層11と第2導電層12とを有する。圧電素子10は、所定の厚さの板状をなす。圧電素子10は、上面11Aの外縁及び下面12Bの外縁がいずれも円形であり且つ外周面が円筒面である円板状をなす。圧電素子10は、中心軸線Xを中心とする円柱状である。
The
圧電体14は、PZT(チタン酸ジリコン酸鉛)等からなる。圧電体14は、所定の厚さの円板状をなす。圧電体14における厚さ方向一方側の面である上面14Aは第1面の一例に相当する。圧電体14のおける厚さ方向他方側の面である下面14Bは第2面の一例に相当する。
The
第1導電層11は、圧電体14の上面14Aに配置される。第2導電層12は、圧電体14の下面14Bに配置される。第1導電層11及び第2導電層12は、金又は銀、銅、錫等の蒸着、メッキ、スパッタリング、ペーストの印刷、焼付け等によって形成された導電性を有する電極層である。第1導電層11は、圧電素子10の上面側の第1電極である。第2導電層12は、圧電素子10の下面側の第2電極である。第2導電層12の下面12Bは、圧電素子10の一方の主面(下面)である。圧電素子10の下面(第2導電層12の下面12B)は、接着剤120(図5参照)を介して音響伝達層20に固定されている。第1導電層11の上面11Aは、圧電素子10の他方の主面(上面)である。圧電素子10の上面11Aと下面12Bは平行である。上面11A及び下面12Bは、いずれも中心軸線Xに対して直交する面である。第1導電層11は、圧電体14の上面14Aの全体を覆う構成で配置される。第2導電層12は、圧電体14の下面14Bの全体を覆う構成で配置される。
The first
第1導電層11は、後述される内側電極30によって基板110に電気的に接続される。第2導電層12は、後述する導電シート102、導体部88、環状部材70、及び外側電極40によって上記基板110に電気的に接続される。圧電素子10は、第1導電層11及び第2導電層12を介して図示が省略された制御装置に対して電気信号を送信する動作を行い得る。また、圧電素子10は、上記制御装置からの電気信号を受信する動作を行い得る。圧電素子10は、第1導電層11と第2導電層12との間に交流電圧が印加されることに応じて超音波を発生させる。
The first
音響伝達層20は、圧電素子10で発生する超音波を伝達する部材である。音響伝達層20は、圧電素子10の下方側に配置されている。音響伝達層20は、円板状である。音響伝達層20の上面は、接着剤120(図5)を介して圧電素子10の下面に接着されている。音響伝達層20は、圧電素子10の音響インピーダンスと、音響レンズである底壁91の音響インピーダンスとの中間の大きさの音響インピーダンスを有する。
The
音響伝達層20の一方側の板面である上面は、圧電素子10の下面12Bを支持する支持面であり、包囲部材80の下端部を支持する支持面でもある。音響伝達層20の上面は、外縁が円形状の平坦面である。音響伝達層20の上面の面積は、圧電素子10の下面の面積よりも大きい。音響伝達層20の上面の外径は、圧電素子10の下面の外径よりも大きい。音響伝達層20は、中心軸線Xを中心とする円柱状である。音響伝達層20及び圧電素子10は、中心軸線Xを中心とする同軸の位置関係で積層される。包囲部材80の下端部は、音響伝達層20における圧電素子10の周囲の部分に対して接着剤120(図5)によって固定されている。
The upper surface, which is the plate surface on one side of the
ケース90は、底壁91と周壁92とを有する。底壁91及び周壁92は、同一の材料によって一体に形成されている。底壁91は、略円板状であり、上側から見ると円形状をなしている。底壁91は、ケース90の下面の全体を塞いでいる。ケース90の上端側(底壁91とは反対側)は開口している。ケース90の内部には、圧電素子10、音響伝達層20、包囲部材80、環状部材70などが収容される。
The
ケース90の底壁91は、超音波を集束する音響レンズである。ケース90の底壁91と音響伝達層20とは、接着剤120(図5)によって接着されている。ケース90の底壁91及び音響伝達層20は、中心軸線Xを中心とする同軸の位置関係で積層される。ケース90の底壁91と圧電素子10との間に音響伝達層20が介在することによって、超音波が底壁91へ効率良く伝播される。ケース90の周壁92は、底壁91の外縁部の全周に亘って連結され、底壁91から上方に向かって筒状に配されている。周壁92の内周面92Aは、円筒状の内面である。周壁92の上端部には、後述する支持部50が固定されている。
The
支持部50は、蓋部として機能し、ケース90の上端部に形成された開口を塞ぐように配置される。支持部50は、基板110を保持する基板保持部としても機能する。支持部50の詳細は後述される。
The
図4のように、包囲部材80は、圧電素子10の外周側を包囲する部材である。包囲部材80は、圧電素子10の外周面10Aと周壁92の内周面92Aとの間に配置される。包囲部材80は、音響伝達層20の上面に支持された構成で固定される。包囲部材80は、全周にわたり連続した円環状をなしている。図5のように、包囲部材80は、絶縁体部85及び導体部88を有する。絶縁体部85と導体部88はインサート成形によって一体化されている。
As shown in FIG. 4, the surrounding
絶縁体部85は、合成樹脂材料などの絶縁体からなる。絶縁体部85は、包囲部材80の内周側に配置される内側絶縁体部86と、導体部88よりも外側に張り出す張出部87とを備える。内側絶縁体部86は、包囲部材80の内周側の部分を形成する。内側絶縁体部86は、包囲部材80の全周に連続している。張出部87は、包囲部材80の最も外周側の外周縁部に設けられている。張出部87は、包囲部材80の全周に連続している。張出部87は、ケース90を形成する材料よりも柔らかい材料で形成されている。張出部87は、上側から見ると、円環状である。張出部87は、内側絶縁体部86の下端部からフランジ状に張り出しており、ケース90の周壁92側に突出している。
The
導体部88は、金属等の導体からなる。導体部88は、導電シート102を介して圧電素子10の第2導電層12に電気的に接続される。導体部88は、全周に連続した環状をなしている。導体部88は、圧電素子10の外周側を包囲する。導体部88は、絶縁体部85によって、圧電素子10から離間した位置に保持される。導体部88は、第1導電接続部89Aと、第2導電接続部89Bと、埋設部89Cとを備える。第1導電接続部89Aには、環状部材70が接触しつつ電気的に接続される。第2導電接続部89Bには、導電シート102が接触しつつ電気的に接続される。埋設部89Cは、絶縁体部85の内部に埋設される。
The
第1導電接続部89Aは、環状部材70が嵌合する嵌合部である。第1導電接続部89Aは、絶縁体部85の外周面を覆っている。第1導電接続部89Aは、張出部87の上面87Aよりも上側に位置している。第1導電接続部89Aは、絶縁体部85の上端側且つ外周側に設けられた傾斜面85Aに沿って傾いている。第1導電接続部89Aの外周面は、張出部87の上側の位置で外部に露出している。第1導電接続部89Aは、円筒状に構成され、圧電素子10から遠ざかるにつれて(上方に向かって)、内径及び外径が小さくなるように構成されている。第1導電接続部89Aは、上方に向かって内周側の開口部が狭くなるように傾斜している。第1導電接続部89Aの外周面は、環状部材70と接触する接触部89Dを有する。接触部89Dは、包囲部材80の中心軸の方向(即ち、中心軸線X(図3)の方向であり、包囲部材80と環状部材70との嵌合方向)に対して傾斜している。具体的には、接触部89Dの表面(外周面)は、下側に向かって外側(中心軸線X(図3)を中心とする半径方向外側)に傾斜し、下側となるにつれて径が大きくなる円筒状のテーパ面とされている。
The first
埋設部89Cは、第1導電接続部89Aの下端に連なっている。埋設部89Cの上部は、第1導電接続部89Aと同じ勾配で傾斜している。埋設部89Cの下部は、包囲部材80の中心軸と略平行である。埋設部89Cよりも内周側に絶縁体部85、埋設部89Cよりも外周側に張出部87が設けられている。
The buried
第2導電接続部89Bは、包囲部材80の下面に設けられている。第2導電接続部89Bは、埋設部89Cの下端から外周側に屈曲してなる。第2導電接続部89Bは、張出部87の下側に位置し、外部に露出している。第2導電接続部89Bの上面は、張出部87の下面と同じ高さに位置している。
The second
導電シート102は、包囲部材80の内周側を横切る帯状をなしている。導電シート102は、中心軸線X(図3)と直交する平面の方向に沿って所定の向きに延びる。導電シート102は、帯状であることによって、圧電素子10の第2導電層12と同じ大きさの円形状をなす導電シートと比べて、第2導電層12との接圧が増す。導電シート102の長手方向の両端部は、第2導電接続部89Bに接触しつつ電気的に接続される。導電シート102と第2導電接続部89Bとは、抵抗溶接によって接合される。
The
環状部材70は、導電性を有するとともに第2導電層12に電気的に接続され且つ環状に構成された部材である。環状部材70は、金属など導電性を有する材料によって形成される。環状部材70の中心軸は、上述の中心軸線X(図3)と一致する。環状部材70の中心軸の方向は、中心軸線Xに沿った方向である。環状部材70は、包囲部材80の中心軸の方向に相対移動することで包囲部材80に嵌め合わされるように取り付けられる。環状部材70は、包囲部材80と嵌め合わされた状態では、第1導電接続部89Aに接触して電気的に接続される。環状部材70は、軸方向(中心軸線Xの方向)の寸法が径方向(中心軸線Xと直交する半径方向)の寸法よりも小さい筒状である。環状部材70は、筒状部72及び傘状部76を有する。傘状部76は、環状導体部の一例に相当する。筒状部72は、環状部材70の下部に設けられている。筒状部72の下端部が、環状部材70の下端部の開口を構成する。傘状部76は、環状部材70の上部に設けられている。傘状部76の上端部が、環状部材70の上端部の開口を構成する。筒状部72及び傘状部76の断面形状(環状部材70の中心軸に直交する方向の断面形状)は、円形状である。筒状部72及び傘状部76は同軸に形成されている。
The
筒状部72の径方向の寸法は、筒状部72の軸方向所定領域に亘って一定である。筒状部72の径方向の寸法は、第1導電接続部89Aの上端の径方向の寸法よりも大きい。筒状部72の径方向の寸法は、第1導電接続部89Aの下端の径方向の寸法よりも小さい。筒状部72の下端部は、第1導電接続部89Aの上下方向における中間部(接触部89D)に接触する。筒状部72の下端部は、環状部材70と包囲部材80との嵌合状態において張出部87の上面87Aから上側に離れている。筒状部72の下端部の端面は、環状部材70と包囲部材80との嵌合時に第1導電接続部89Aと接触する接触端面74である。接触端面74は、筒状部72の径方向の外側に向かって、円弧状をなして湾曲している。接触端面74は、筒状部72の全周にわたって連続している。筒状部72の下端部には、開口部72Bが形成されている。
The radial dimension of the
図3のように、傘状部76は、環状部材70において内周側に張り出している。具体的には、傘状部76は、上側となるにつれて中心軸線X(図3)側に近づくように筒状部72よりも内側に張り出している。傘状部76は、下端(筒状部72の上端)から上方に向かって内向きに傾斜している。傘状部76の外周面は、上側(圧電体14の厚さ方向一方側)に向かうにつれて径が小さくなるテーパ面76Aを有する。テーパ面76Aの中心は、中心軸線Xの位置であり、テーパ面76Aが設けられた領域では、中心軸線Xの方向のどの位置でも、中心軸線Xと直交する切断面でのテーパ面76Aの形状が円径であり、上側となるにつれてテーパ面76Aの径は小さい。傘状部76の上端部には、開口部76Bが形成されている。開口部76Bの開口領域は、開口部72Bの開口領域よりも小さい。開口部76Bの開口領域は、開口部72Bの開口領域よりも小さい。傘状部76は、圧電素子10の上側(より具体的には、圧電素子10の周縁部付近の上側)を覆うように配置される。このように配置されるため、圧電素子10に対する外部ノイズの影響を小さくすることができる。
As shown in FIG. 3, the umbrella-shaped
図3のように、超音波トランスデューサTでは、包囲部材80は、音響伝達層20における圧電素子10の周囲の部分に対して接着剤120によって固定されている。従って、環状部材70は、音響伝達層20における圧電素子10の周囲の部分に対して包囲部材80を介して間接的に固定される。このように構成された環状部材70では、第1導電層11よりも上側(圧電体14の厚さ方向一方側)において、第1導電層11と絶縁された状態で傘状部76が配置される。
As shown in FIG. 3, in the ultrasonic transducer T, the surrounding
図3のように、内側電極30は、第1導電層11を接触対象とし、第1導電層11(接触対象)と接触しつつ導通する。内側電極30は、ばね電極の一例に相当する。内側電極30は、上記厚さ方向(上下方向)に延びる中心軸線Xの周りに巻き回され且つ上記厚さ方向他方側(下側)に向かうにつれて外径が小さくなるコイルばね32を有する。コイルばね32は、円すいばねとして構成され、圧縮ばねとして機能する。内側電極30は、上記厚さ方向一方側(上側)から第1導電層11(接触対象)に押し付けられた状態で保持される。
As shown in FIG. 3, the
内側電極30は、自身の一部をなすコイルばね32が第1導電層11(接触対象)と支持部50との間に圧縮状態で配置され、第1導電層11(接触対象)を上記厚さ方向他方側(下側)に押した状態で保持される。コイルばね32は、下端部が円形状に構成されている。内側電極30は、自身の下端部(具体的にはコイルばね32の下端部)が第1導電層11の上面11Aに接触し、自身の弾性力に基づいて自身の下端部が第1導電層11を下方側に継続的に押し続け、第1導電層11に電気的に接続された状態が維持される。内側電極30は、自身の上端部(具体的にはコイルばね32の上端部)が突出部56の突出側の端面58に接触しつつ、自身の弾性力に基づいて自身の上端部が端面58を上方に向かって継続的に押し続ける。コイルばね32の上端部には、端子38が一体的に連結されている。端子38は、コイルばね32の上端部から上方に向かって直線状に延びており、支持部50に支持されつつ基板110に固定されている。端子38は、基板110に形成された配線部に電気的に接続されている。
In the
外側電極40は、ばね電極の一例に相当する。外側電極40は、第2導電層12に電気的に接続された環状部材70を接触対象とする。より具体的には、外側電極40は、傘状部76(環状導体部)を接触対象とし、この傘状部76(接触対象)と接触しつつ導通する。外側電極40は、厚さ方向(上下方向)に延びる中心軸線Xの周りに巻き回され且つ厚さ方向一方側(上方側)に向かうにつれて外径が小さくなるコイルばね42を有する。コイルばね42は、円すいばねとして構成されている。外側電極40は、厚さ方向一方側(上側)から傘状部76(接触対象)に押し付けられた状態で保持される。そして、外側電極40は、環状部材70を上記厚さ方向他方側(下側)に押した状態(具体的には、傘状部76(接触対象)を下側に押した状態)で保持される。
The
外側電極40は、コイルばね42の内周面側が傘状部76のテーパ面76Aによって下側から支持されている。一方で、コイルばね42における上記厚さ方向一方側の端部(上端部)には、端子48が一体的に連結されている。端子48は、コイルばね42の上端部から上方に向かうように支持部50側に直線状に延びており、支持部50に保持されつつ基板110に固定されている。端子48は、基板110に形成された配線部に電気的に接続されている。
The inner peripheral surface side of the
支持部50は、中心軸線X寄り突出部56が設けられ、突出部56の周囲に被覆部52が設けられている。突出部56は、上記厚さ方向他方側(下側)に突出している。更に、突出部56は、傘状部76の上端部に形成された開口部76Bに挿入される構成をなす。突出部56の基端位置は、開口部76Bよりも上側の位置であり、突出部56の先端位置は、開口部76Bよりも下側の位置である。突出部56は、第1導電層11(接触対象)と対向して配置され、第1導電層11(接触対象)との間で内側電極30(ばね電極)を挟持する。
The
内側電極30のコイルばね32における上記厚さ方向一方側(上側)の端部は、環状部材70の内部において突出部56の突出側の端面58に支持される構成をなす。コイルばね32の上端部は、環状部材70の内側に配置され、環状部材70の上端部よりも下側に位置し、環状部材70の下端部よりも上側に位置する。
The end portion of the
突出部56の突出側の端面58には、上記厚さ方向他方側(下側)に突出する環状の壁部60が形成されている。環状の壁部60は、突出部56の端面58の外縁部において中心軸線Xを中心とする周方向全体にわたって連続的に又は断続的に形成されている。環状の壁部60は、端面58における支持面(コイルばね32の上端部を支持する面)よりも下方側に突出するように形成されており、コイルばね32の上端部を囲んで配置されている。環状の壁部60は、コイルばね32の上端部が径方向(中心軸線Xと直交する方向)に移動することを規制する。
An
被覆部52は、コイルばね42を覆うように配置される。被覆部52は、傘状部76のテーパ面76Aと対向して配置される。図3のように、外側電極40のコイルばね42は、傘状部76の外側において傘状部76の外周面であるテーパ面76Aに沿うように配置される。このコイルばね42は、上記厚さ方向一方側(上側)に向かうにつれて内径が小さくなる構成をなし、テーパ面76Aに押し付けられた状態で保持される。一方で、被覆部52は、コイルばね42をテーパ面76Aとは反対側から覆う。被覆部52においてテーパ面76Aと対向する対向面は、第2テーパ面52Aを有する。第2テーパ面52Aは、コイルばね42に沿って配置されるとともに上記厚さ方向一方側(上側)に向かうにつれて径が小さくなる構成をなす。本構成では、テーパ面76Aの下端は、コイルばね42の上端部よりも下側に位置する。テーパ面76Aの上端は、コイルばね42の下端部よりも上側に位置する。また、第2テーパ面52Aの下端は、コイルばね42の上端部よりも下側に位置する。第2テーパ面52Aの上端は、コイルばね42の下端部よりも上側に位置する。
The covering
次の説明は、超音波トランスデューサTの効果の一例に関する。
超音波トランスデューサTでは、一方のばね電極(内側電極30)は、圧電体14の厚さ方向(上下方向)に延びる中心軸線Xの周りに巻き回され且つ上記厚さ方向一方側に向かうにつれて外径が小さくなるコイルばね32を有する。また、他方のばね電極(外側電極40)は、圧電体14の厚さ方向(上下方向)に延びる中心軸線Xの周りに巻き回され且つ上記厚さ方向他方側に向かうにつれて外径が小さくなるコイルばね42を有する。よって、超音波トランスデューサTは、コイルばね32,42において上記厚さ方向のサイズを低減しても、コイルばね32,42において上記厚さ方向の弾性力が確保されやすい。ゆえに、超音波トランスデューサTは、ばね電極(内側電極30、外側電極40)において、上記厚さ方向のサイズ低減と上記厚さ方向の弾性力の確保を両立しやすく、小型化を図りつつ、電気的な接続を高めることができる。
The following description relates to an example of the effect of the ultrasonic transducer T.
In the ultrasonic transducer T, one spring electrode (inner electrode 30) is wound around the central axis X extending in the thickness direction (vertical direction) of the
超音波トランスデューサTは、ばね電極として構成された内側電極30において上記厚さ方向(上下方向)のサイズ低減と上記厚さ方向の弾性力の確保を両立することができる。特に、超音波トランスデューサTは、支持部50と圧電体14との間隔の低減が図られやすく且つ内側電極30が接触対象を押す力が確保されやすい。
The ultrasonic transducer T can both reduce the size of the
ところで、超音波トランスデューサTでは、圧電体14に配された第1導電層11に対して電極が電気的に接続される必要がある。しかし、第1導電層11に対してはんだ付けによって電極を接続すると、はんだ付けに用いられるはんだ量によって圧電素子10の発振特性が変化してしまう懸念がある。これに対し、超音波トランスデューサTのように、ばね電極として構成される内側電極30が第1導電層11を上記厚さ方向他方側(下側)に押した状態で保持される構成であれば、はんだ付けを行わずに済む。よって、超音波トランスデューサTは、はんだ量に起因して圧電素子10の発振特性が変化するという問題を解消することができる。
By the way, in the ultrasonic transducer T, the electrode needs to be electrically connected to the first
超音波トランスデューサTにおいて、内側電極30のコイルばね32は、上記厚さ方向他方側(下側)に向かうにつれて外径が小さくなる構成をなす。よって、超音波トランスデューサTでは、内側電極30のコイルばね32の外径が、上記厚さ方向他方側(下側)に向かうにつれて次第に抑えられる。よって、この超音波トランスデューサTは、内側電極30の圧電素子10側のサイズをより低減することができる。
In the ultrasonic transducer T, the
超音波トランスデューサTは、ばね電極として構成された外側電極40において上記厚さ方向のサイズ低減と上記厚さ方向の弾性力の確保を両立しやすい。しかも、この超音波トランスデューサTは、導電性を有する環状部材70に対して外側電極40を押し付ける構成で、電気的な接続を安定的に確保することができる。
In the ultrasonic transducer T, the
超音波トランスデューサTは、音響伝達層20における圧電素子10の周囲の部分を利用して環状部材70を安定的に保持することができる。更に、超音波トランスデューサTは、このように安定的に保持され環状部材70において、第1導電層11よりも上記厚さ方向一方側(上側)の位置に第1導電層11とは絶縁された傘状部76(環状導体部)が設けられる。そして、超音波トランスデューサTは、傘状部76によって外側電極40を受けることができる。よって、超音波トランスデューサTは、「第1導電層11よりも上記厚さ方向一方側(上側)の位置での外側電極40と傘状部76の電気的な接続」と「第1導電層11に対する外側電極40の確実な絶縁」を両立することができる。
The ultrasonic transducer T can stably hold the
超音波トランスデューサTは、第1導電層11に対する電気的な接続も、第2導電層12に対する電気的な接続も、ばね電極を介在させて確保することができる。更に、超音波トランスデューサTでは、傘状部76(環状導体部)の上記厚さ方向一方側(上側)の端部に設けられた開口部76Bに対し、支持部50の上記厚さ方向他方側(下側)に設けられた突出部56が挿入される。そして、内側電極30のコイルばね32の上記厚さ方向一方側(上側)の端部が突出部56の突出側の端面58に支持される。よって、この超音波トランスデューサTは、内側電極30と傘状部76とが接触しにくく、内側電極30と傘状部76の絶縁性が一層高まる。
The ultrasonic transducer T can secure both the electrical connection to the first
突出部56における突出側の端面58には、上記厚さ方向他方側(下側)に突出する環状の壁部60が形成されている。環状の壁部60は、コイルばね32の上記厚さ方向一方側(上側)の端部を囲んで配置される。このように、超音波トランスデューサTは、突出側の端面58において内側電極30の相対移動がより確実に規制されるため、内側電極30と傘状部76(環状導体部)の絶縁性がより一層高まる。
An
超音波トランスデューサTは、傘状部76(環状導体部)のテーパ面76Aと外側電極40のコイルばねの両方が、上記厚さ方向一方側(上側)に向かうにつれて内径が小さくなるように揃えられる。そして、この形状で、外側電極40のコイルばね42がテーパ面76Aに押し付けられて保持される。このように、超音波トランスデューサTは、外側電極40のコイルばね42の内側がテーパ面76Aによって安定的に支持されやすく、外側電極40のコイルばね42の位置ずれが生じにくいため、外側電極40と傘状部76の電気的接続が安定的に維持されやすい。
In the ultrasonic transducer T, both the
支持部50は、テーパ面76Aと対向して配置され且つ外側電極40のコイルばねをテーパ面76Aとは反対側から覆う被覆部52を有する。そして、被覆部52においてテーパ面76Aと対向する対向面は、コイルばね42に沿って配置されるとともに上記厚さ方向一方側(上側)に向かうにつれて径が小さくなる第2テーパ面52Aを有する。このように、超音波トランスデューサTは、支持部50において外側電極40のコイルばね42を覆う部分(被覆部52)を、テーパ状に構成されるコイルばね42に合わせてコイルばね42により近づけることができる。よって、この超音波トランスデューサTは、被覆部52の厚さをより大きく確保することができ、被覆部52付近の強度をより高めることができる。
The
外側電極40は、コイルばね42の上記厚さ方向一方側(上側)の端部から支持部50側に延びるとともに支持部50によって保持される端子48を有する。このように、超音波トランスデューサTは、コイルばね42における中心軸線X寄りに縮径された端部から支持部50側に端子48を延ばす構成であるため、支持部50において中心軸線X寄りに端子48を配置する上で有利である。
The
<第2実施形態>
次の説明は、図6に示される第2実施形態の超音波トランスデューサTに関する。
第2実施形態の超音波トランスデューサTは、内側電極30のコイルばね32の形状が第1実施形態と異なるだけであり、内側電極30のコイルばね32以外のその他の構成は、第1実施形態の超音波トランスデューサTと同一である。従って、以下の説明では、内側電極30以外については、詳細な説明は省略される。
<Second Embodiment>
The following description relates to the ultrasonic transducer T of the second embodiment shown in FIG.
In the ultrasonic transducer T of the second embodiment, the shape of the
図6の構成でも、内側電極30は、第1導電層11を接触対象とし、第1導電層11(接触対象)と接触しつつ導通する。内側電極30は、ばね電極の一例に相当する。内側電極30は、上記厚さ方向(上下方向)に延びる中心軸線Xの周りに巻き回され且つ上記厚さ方向他方側(下側)に向かうにつれて外径が大きくなる構成をなす。コイルばね32は、円すいばねとして構成され、圧縮ばねとして機能する。内側電極30は、上記厚さ方向一方側(上側)から第1導電層11(接触対象)に押し付けられた状態で保持される。内側電極30は、自身の一部をなすコイルばね32が第1導電層11(接触対象)と支持部50との間に圧縮状態で配置され、第1導電層11(接触対象)を上記厚さ方向他方側(下側)に押した状態で保持される。コイルばね32は、下端部が円形状に構成されている。内側電極30は、自身の下端部(具体的にはコイルばね32の下端部)が第1導電層11の上面11Aに接触し、自身の弾性力に基づいて自身の下端部が第1導電層11を下方側に継続的に押し続け、第1導電層11に電気的に接続された状態が維持される。内側電極30は、自身の上端部(具体的にはコイルばね32の上端部)が突出部56の突出側の端面58に接触しつつ、自身の弾性力に基づいて自身の上端部が端面58を上方に向かって継続的に押し続ける。コイルばね32の上端部には、端子38が一体的に連結されている。端子38は、コイルばね32の上端部から上方に向かって直線状に延びており、支持部50に支持されつつ基板110に固定されている。端子38は、基板110に形成された配線部に電気的に接続されている。
Even in the configuration of FIG. 6, the
図6で示される超音波トランスデューサTは、内側電極30のコイルばね32の外径が、上記厚さ方向他方側(下側)に向かうにつれて次第に大きくなるため、ばね電極の支持部50側のサイズを相対的に低減することができる。更に、図6の超音波トランスデューサTは、径がより大きく構成されたコイルばね32の下端部を第1導電層11に押し付けるように接触させることができるため、接触状態がより安定的に保たれ、且つ接触面積をより大きく確保し得る。
In the ultrasonic transducer T shown in FIG. 6, the outer diameter of the
<他の実施形態>
本開示は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述又は後述の実施形態の特徴は、矛盾しない範囲であらゆる組み合わせが可能である。また、上述又は後述の実施形態のいずれの特徴も、必須のものとして明示されていなければ省略することもできる。更に、上述した実施形態は、次のように変更されてもよい。
<Other Embodiments>
The present disclosure is not limited to the embodiments described by the above description and drawings. For example, the features of the embodiments described above or below can be combined in any combination within a consistent range. Further, any of the features of the above-mentioned or later-described embodiments may be omitted unless it is clearly stated as essential. Further, the above-described embodiment may be modified as follows.
超音波トランスデューサTは、図7のように構成されていてもよい。図7の構成は、内側電極30と第1導電層11との間に第1導体部190を介在させた点が第1実施形態と異なり、その他の点は第1実施形態と同様である。第1導体部190は、第1導電層11に電気的に接続された導体部である。図7の超音波トランスデューサTでは、内側電極30は、第1導電層11に電気的に接続された第1導体部190を接触対象とし、自身の一部をなすコイルばね32が第1導体部190(接触対象)と支持部50との間に圧縮状態で配置される。そして、内側電極30は、第1導体部190(接触対象)を上記厚さ方向他方側(下側)に押した状態で保持される。なお、ここでは、板状に構成された第1導体部190を例示したが、第1導体部の形状は特に限定されない。また、第1導体部の位置は、第1導電層11に電気的に接続され且つ内側電極30から押圧を受ける位置であれば、図7の位置に限定されない。
The ultrasonic transducer T may be configured as shown in FIG. The configuration of FIG. 7 is different from that of the first embodiment in that the
上記実施形態では第2導電層12と導体部88とが導電シート102によって電気的に接続されるが、この構成に限定されない。例えば、導電シート102に換えて、例えば音響伝達層20の上面にスパッタリングやめっき処理によって導電膜が形成され、この導電膜によって圧電素子10の第2導電層12と外部の導電体とが電気的に接続されていてもよい。
In the above embodiment, the second
上記実施形態では、ケース90の底壁91は音響レンズである。これに限らず、ケースの底壁は、音響レンズでなくてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、内側電極30と外側電極40を両方備えた構成であったが、いずれか一方が設けられていなくてもよい。例えば、内側電極30が設けられていない場合、第1導電層11と基板110とが何らかの構成(例えば電線部、導体部等)で電気的に接続されていればよい。また、外側電極40が設けられていない場合、第2導電層12と基板110とが何らかの構成(例えば電線部、導体部等)で電気的に接続されていればよい。
In the above embodiment, both the
上記実施形態では、音響伝達層20及びケース90の両方が音響伝達部の一例に相当したが、音響伝達層及びケースの少なくとも一方が音響伝達部に相当すればよい。例えば、ケースが音響伝達部として機能しない構成又はケースが存在しない構成で、上記実施形態と同様の音響伝達層が音響伝達部として機能してもよい。或いは、音響伝達層が存在しない構成で、上記実施形態と同様のケースが音響伝達部として機能してもよい。
In the above embodiment, both the
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be noted that the embodiments disclosed this time are examples in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed here, but includes all modifications within the scope indicated by the claims or within the scope equivalent to the claims. Is intended.
T…超音波トランスデューサ
10…圧電素子
11…第1導電層(接触対象)
12…第2導電層
14…圧電体
20…音響伝達層(音響伝達部)
30…内側電極(ばね電極)
32…コイルばね
40…外側電極(ばね電極)
42…コイルばね
48…端子
50…支持部
52…被覆部
52A…第2テーパ面
56…突出部
58…突出側の端面
60…環状の壁部
70…環状部材(接触対象)
76…傘状部(環状導体部)
76A…テーパ面
76B…開口部
90…ケース(音響伝達部)
190…第1導体部(接触対象)
X…中心軸線
T ...
12 ... Second
30 ... Inner electrode (spring electrode)
32 ...
42 ...
76 ... Umbrella-shaped part (annular conductor part)
76A ...
190 ... First conductor (contact target)
X ... Central axis
Claims (11)
前記圧電素子で発生する超音波を伝達する音響伝達部と、
を有し、
前記圧電素子における前記第2導電層側の面が前記音響伝達部に固定された超音波トランスデューサであって、
前記第1導電層、又は前記第1導電層及び前記第2導電層のいずれかに電気的に接続された導体部、を接触対象とし、前記接触対象と接触しつつ導通するばね電極と、
前記接触対象と対向して配置され、前記接触対象との間で前記ばね電極を挟持する支持部と、
を有し、
前記ばね電極は、前記厚さ方向に延びる中心軸線の周りに巻き回され且つ前記厚さ方向一方側又は前記厚さ方向他方側に向かうにつれて外径が小さくなるコイルばねを有し、
前記ばね電極が前記厚さ方向一方側から前記接触対象に押し付けられた状態で保持される
超音波トランスデューサ。 A piezoelectric body, a first conductive layer arranged on the first surface on one side in the thickness direction of the piezoelectric body, and a second conductive layer arranged on the second surface on the other side in the thickness direction of the piezoelectric body. , And a piezoelectric element that generates ultrasonic waves in response to a voltage applied between the first conductive layer and the second conductive layer.
An acoustic transmission unit that transmits ultrasonic waves generated by the piezoelectric element,
Have,
An ultrasonic transducer in which the surface of the piezoelectric element on the side of the second conductive layer is fixed to the acoustic transmission portion.
A spring electrode that conducts contact with the first conductive layer, or a conductor portion electrically connected to any of the first conductive layer and the second conductive layer, and conducts contact with the contact target.
A support portion that is arranged to face the contact object and sandwiches the spring electrode between the contact object and the support portion.
Have,
The spring electrode has a coil spring that is wound around a central axis extending in the thickness direction and whose outer diameter decreases toward one side in the thickness direction or the other side in the thickness direction.
An ultrasonic transducer in which the spring electrode is held in a state of being pressed against the contact object from one side in the thickness direction.
前記内側電極は、前記第1導電層又は前記第1導電層に電気的に接続された第1導体部を前記接触対象とし、自身の一部をなす前記コイルばねが前記接触対象と前記支持部との間に圧縮状態で配置され、前記接触対象を前記厚さ方向他方側に押した状態で保持される
請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 The inner electrode is included as the spring electrode, and the inner electrode is included.
The inner electrode has the first conductive layer or the first conductor portion electrically connected to the first conductive layer as the contact target, and the coil spring forming a part of itself is the contact target and the support portion. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is arranged between the two in a compressed state and is held in a state where the contact object is pushed to the other side in the thickness direction.
請求項2に記載の超音波トランスデューサ。 The ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the coil spring of the inner electrode has an outer diameter that becomes smaller toward the other side in the thickness direction.
請求項2に記載の超音波トランスデューサ。 The ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the coil spring of the inner electrode has an outer diameter that increases toward the other side in the thickness direction.
前記接触対象は、導電性を有するとともに前記第2導電層に電気的に接続され且つ環状に構成された環状部材を備え、
前記外側電極は、前記環状部材を前記厚さ方向他方側に押した状態で保持される
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。 The outer electrode is included as the spring electrode, and the outer electrode is included.
The contact object includes an annular member that is conductive, is electrically connected to the second conductive layer, and is formed in an annular shape.
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 4, wherein the outer electrode is held in a state where the annular member is pushed to the other side in the thickness direction.
前記環状部材において前記第1導電層よりも前記厚さ方向一方側には、前記第1導電層と絶縁された状態で環状導体部が設けられ、
前記外側電極は、前記厚さ方向一方側から前記環状導体部に押し付けられた状態で保持される
請求項5に記載の超音波トランスデューサ。 The annular member is directly or indirectly fixed to the peripheral portion of the piezoelectric element in the acoustic transmission portion via another member.
In the annular member, an annular conductor portion is provided on one side of the first conductive layer in the thickness direction in a state of being insulated from the first conductive layer.
The ultrasonic transducer according to claim 5, wherein the outer electrode is held in a state of being pressed against the annular conductor portion from one side in the thickness direction.
前記外側電極は、導電性を有し且つ環状に構成された環状部材を前記接触対象とし、
前記環状部材は、前記音響伝達部における前記圧電素子の周囲の部分に対して直接又は他部材を介して間接的に固定されており、
前記環状部材において前記第1導電層よりも前記厚さ方向一方側には、前記第1導電層と絶縁された状態で環状導体部が設けられ、
前記外側電極は、前記厚さ方向一方側から前記環状導体部に押し付けられた状態で保持されており、
前記環状導体部は、自身の前記厚さ方向一方側の端部に開口部が設けられ、
前記支持部は、前記厚さ方向他方側に突出し且つ前記開口部に挿入される突出部を有し、
前記内側電極の前記コイルばねにおける前記厚さ方向一方側の端部は、前記環状部材の内部において前記突出部の突出側の端面に支持される
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。 The spring electrode includes the inner electrode and the outer electrode, and includes the inner electrode and the outer electrode.
The outer electrode has an annular member that is conductive and is formed in an annular shape as a contact target.
The annular member is directly or indirectly fixed to the peripheral portion of the piezoelectric element in the acoustic transmission portion via another member.
In the annular member, an annular conductor portion is provided on one side of the first conductive layer in the thickness direction in a state of being insulated from the first conductive layer.
The outer electrode is held in a state of being pressed against the annular conductor portion from one side in the thickness direction.
The annular conductor portion is provided with an opening at one end on one side in the thickness direction of the annular conductor portion.
The support portion has a protrusion portion that protrudes to the other side in the thickness direction and is inserted into the opening portion.
2. The ultrasonic transducer described.
前記環状の壁部は、前記コイルばねの前記厚さ方向一方側の端部を囲んで配置される
請求項7に記載の超音波トランスデューサ。 An annular wall portion projecting to the other side in the thickness direction is formed on the end surface on the protruding side.
The ultrasonic transducer according to claim 7, wherein the annular wall portion is arranged so as to surround an end portion of the coil spring on one side in the thickness direction.
前記外側電極の前記コイルばねは、前記環状導体部の外側において前記テーパ面に沿って配置され、前記厚さ方向一方側に向かうにつれて内径が小さくなる構成をなし、前記テーパ面に押し付けられた状態で保持される
請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。 The outer peripheral surface of the annular conductor portion has a tapered surface whose diameter decreases toward one side in the thickness direction.
The coil spring of the outer electrode is arranged along the tapered surface on the outside of the annular conductor portion, has a configuration in which the inner diameter decreases toward one side in the thickness direction, and is pressed against the tapered surface. The ultrasonic transducer according to any one of claims 6 to 8, which is held by.
前記被覆部において前記テーパ面と対向する対向面は、前記コイルばねに沿って配置されるとともに前記厚さ方向一方側に向かうにつれて径が小さくなる第2テーパ面を有する
請求項9に記載の超音波トランスデューサ。 The support portion has a covering portion that is arranged to face the tapered surface and covers the coil spring of the outer electrode from the side opposite to the tapered surface.
The super-transducer according to claim 9, wherein the facing surface facing the tapered surface in the covering portion has a second tapered surface which is arranged along the coil spring and whose diameter decreases toward one side in the thickness direction. Ultrasonic transducer.
請求項9又は請求項10に記載の超音波トランスデューサ。 The ultrasonic transducer according to claim 9 or 10, wherein the outer electrode has a terminal extending from one end of the coil spring on one side in the thickness direction toward the support portion and being held by the support portion.
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