JP5237010B2 - Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof - Google Patents

Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5237010B2
JP5237010B2 JP2008194433A JP2008194433A JP5237010B2 JP 5237010 B2 JP5237010 B2 JP 5237010B2 JP 2008194433 A JP2008194433 A JP 2008194433A JP 2008194433 A JP2008194433 A JP 2008194433A JP 5237010 B2 JP5237010 B2 JP 5237010B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
cover member
pair
caulking
ultrasonic transducer
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008194433A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009082904A (en
Inventor
英晃 滝
亘 木村
則隆 吉田
尚人 佐藤
光貢 小野田
裕幸 河路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2008194433A priority Critical patent/JP5237010B2/en
Priority to US12/207,539 priority patent/US7876030B2/en
Priority to EP20080253002 priority patent/EP2036620B1/en
Publication of JP2009082904A publication Critical patent/JP2009082904A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5237010B2 publication Critical patent/JP5237010B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、圧電素子の電気歪みにより超音波振動を発生させる超音波振動子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic transducer that generates ultrasonic vibrations due to electrical distortion of a piezoelectric element, and a method for manufacturing the same.

金属製の振動ブロックに設けた凹部に対し、一体焼成された圧電素子の積層ユニットを、嵌め込んだかたちのランジュバン型超音波振動子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   A Langevin type ultrasonic vibrator has been proposed in which a laminated unit of piezoelectric elements that are integrally fired is fitted into a recess provided in a metal vibration block (see, for example, Patent Document 1).

この文献の超音波振動子は、振動ブロックが備える凹部の内壁にねじ穴(雌ねじ)が形成されており、このねじ穴にボルトを締結することで、圧電素子の積層ユニットが振動ブロックに対して固定されている。   In the ultrasonic vibrator of this document, a screw hole (female screw) is formed in the inner wall of a recess provided in the vibration block, and by fastening a bolt to the screw hole, the laminated unit of the piezoelectric elements is attached to the vibration block. It is fixed.

また、例えばハウジング内の凹部に収容した積層型圧電体を、雄ねじの形成されたホーンによって締め付ける構造の超音波振動子を内蔵する外科手術用のハンドピースなども知られている(例えば、特許文献2参照)。
特許第3914050号公報 特開2004−160081号公報
In addition, for example, a surgical handpiece that incorporates an ultrasonic transducer having a structure in which a laminated piezoelectric body housed in a recess in a housing is tightened by a horn formed with a male screw is known (for example, Patent Documents). 2).
Japanese Patent No. 3914050 JP 2004-160081 A

しかしながら、このような超音波振動子は、上述したように圧電素子の積層ユニットがねじ止めにより固定される構成となるため、ねじ構造の形成領域を製品(超音波振動子本体)の径方向に確保する必要がある。つまり、ねじ止めによる固定は、圧電素子や製品本体のサイズを制約することになり、このため、製品の小型化や、また、大径の圧電素子を適用することによる製品の高出力化などを妨げる要因となる。特に、医療用途の製品では、小型、小径の超音波振動子の開発が強く要望されている。したがって、このような事情から、ねじ構造を極力適用せずに超音波振動子を構成することへの要請がある。   However, such an ultrasonic transducer has a structure in which the piezoelectric element laminated unit is fixed by screwing as described above, so that the formation region of the screw structure is in the radial direction of the product (ultrasonic transducer main body). It is necessary to secure. In other words, fixing by screwing restricts the size of the piezoelectric element and the product body. For this reason, it is possible to reduce the size of the product and increase the output of the product by applying a large-diameter piezoelectric element. It becomes a hindering factor. In particular, for products for medical use, there is a strong demand for the development of small-sized and small-diameter ultrasonic transducers. For this reason, there is a demand for constructing an ultrasonic transducer without applying a screw structure as much as possible.

さらに、ここで、上述したような超音波振動子の内部に圧電素子を保持(挟持)する保持力は、超音波振動子自体の振動性能に影響を及ぼす要素の一つとなる。しかしながら、上記特許文献1、2のように、圧電素子側にねじを締付けて組付けを行う構造の超音波振動子は、ねじの締付け時に発生する摩擦力が阻害要因となり、圧電素子を適正な保持(挟持)力で組付ける作業が、比較的難しい作業となる。また、これに加えて、上記の圧電素子側にねじを締付ける構造の超音波振動子は、圧電素子に加わるねじり応力などの影響で、所定の設計位置より圧電素子の位置ずれなどが生じる可能性があり、超音波振動子の振動特性にばらつきを発生させる要素となる。また、前述したねじれ方向の応力により、例えば許容以上の機械的ストレスが圧電素子に加わってしまうことなども懸念される。   Further, the holding force for holding (holding) the piezoelectric element inside the ultrasonic transducer as described above is one of the factors that affect the vibration performance of the ultrasonic transducer itself. However, as in Patent Documents 1 and 2 described above, the ultrasonic vibrator having a structure in which a screw is tightened on the piezoelectric element side is an obstacle to frictional force generated when the screw is tightened, and the piezoelectric element is The work of assembling with the holding (clamping) force is a relatively difficult work. In addition to this, the ultrasonic transducer having a structure in which a screw is tightened on the piezoelectric element side described above may cause displacement of the piezoelectric element from a predetermined design position due to the influence of torsional stress applied to the piezoelectric element. This is an element that causes variation in the vibration characteristics of the ultrasonic vibrator. In addition, there is a concern that, for example, an excessive mechanical stress is applied to the piezoelectric element due to the stress in the twisting direction.

そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、圧電素子にねじり応力が加わることなどを抑制できると共に振動特性のばらつきを抑えることが可能であり、しかも小型化や高出力化を図れることに加えて、生産性を向上させることができる超音波振動子及びその製造方法の提供を目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and can suppress the application of torsional stress to the piezoelectric element and can suppress variations in vibration characteristics, and can further reduce the size and increase the output. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of improving productivity and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子は、圧電素子と、前記圧電素子を挟持する一対の挟持部材と、前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲した状態で前記一対の挟持部材の少なくとも一方にかしめられたカバー部材と、を具備し、前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入された挿入部をそれぞれ有し、さらに、前記筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部が、前記一対の挟持部材の各挿入部にかしめられている、ことを特徴とする。 To achieve the above object, an ultrasonic transducer according to the present invention surrounds a piezoelectric element, a pair of sandwiching members that sandwich the piezoelectric element, and the pair of sandwiching members in cooperation with the piezoelectric element. Holders of Bei and a cover member that is caulked on at least one of the pair of clamping members in the state, the cover member, together are configured in a cylindrical shape, the pair of clamping members, said tubular cover member Each having an insertion portion inserted from one and the other opening portions of the cylindrical cover member so as to sandwich the piezoelectric element disposed inside, and each opening portion of the cylindrical cover member each of the peripheral portion of the said are caulked to each insertion portion of the pair of clamping members, characterized and this.

つまり、本発明では、圧電素子を挟持する一対の挟持部材間にカバー部材をかしめることによって、(ねじ構造などを敢えて適用せずとも)圧電素子を内部部品として組み付けることができるので、上記ねじ構造の形成領域を製品本体(超音波振動子本体)に確保する必要性などをなくすことが可能である。したがって、本発明によれば、圧電素子のサイズや製品本体のサイズを選択する上での自由度が向上し、これにより、超音波振動子の小型化や、また一方で、比較的サイズの大きい圧電素子の適用による超音波振動子の高出力化などを実現できる。   In other words, according to the present invention, the piezoelectric element can be assembled as an internal component by caulking the cover member between a pair of clamping members that sandwich the piezoelectric element (without intentionally applying a screw structure or the like). It is possible to eliminate the necessity of securing the structure formation region in the product main body (ultrasonic vibrator main body). Therefore, according to the present invention, the degree of freedom in selecting the size of the piezoelectric element and the size of the product body is improved, thereby reducing the size of the ultrasonic vibrator and, on the other hand, the relatively large size. Higher output power of ultrasonic transducers can be realized by applying piezoelectric elements.

また、本発明は、ねじ構造などを極力適用せずに、かしめにより個々の部材どうしを接合できるので、一対の挟持部材の両側から例えば適正な荷重を加えつつかしめを行うことによって、圧電素子にねじり応力などを加えることなく、各挟持部材間に適切な保持(挟持)力で圧電素子を組み付けることが可能となる。したがって、本発明によれば、圧電素子の組み付け時の位置ずれなどを抑制しつつ適切な保持力で圧電素子を組み付けることができるので、超音波振動子の振動特性のばらつきを抑えることができ、さらには、機械的ストレスが要因となる圧電素子の破損などを防止することも可能である。   Further, according to the present invention, since individual members can be joined together by caulking without applying a screw structure or the like as much as possible, by performing caulking while applying an appropriate load, for example, from both sides of a pair of sandwiching members, The piezoelectric element can be assembled with an appropriate holding (holding) force between the holding members without applying torsional stress or the like. Therefore, according to the present invention, it is possible to assemble the piezoelectric element with an appropriate holding force while suppressing misalignment at the time of assembling the piezoelectric element, it is possible to suppress variation in vibration characteristics of the ultrasonic vibrator, Furthermore, it is possible to prevent the piezoelectric element from being damaged due to mechanical stress.

また、本発明における、かしめによる接合の場合、例えば溶接などを適用した場合などと異なり、被接合部分を高温に加熱溶融する必要などがないので、上記の挟持部材やカバー部材の材料選択の自由度を高めることができると共に、比較的高価な溶接用の設備機器を設置する必要などもないため、超音波振動子の生産性を向上させることができる。   Further, in the case of joining by caulking in the present invention, unlike the case of applying welding or the like, for example, there is no need to heat and melt the joined portion to a high temperature, so freedom of material selection for the above-described sandwiching member and cover member It is possible to increase the degree, and it is not necessary to install relatively expensive equipment for welding, so that the productivity of the ultrasonic transducer can be improved.

また、本発明の超音波振動子の製造方法は、圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、を有し、前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入可能な挿入部をそれぞれ備え、さらに、前記かしめ工程では、前記筒状のカバー部材内にそれぞれ挿入された前記一対の挟持部材の各挿入部に対して、当該筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部をかしめることを特徴とする。 In the ultrasonic transducer manufacturing method of the present invention, the cover member is disposed at a position surrounding the piezoelectric element in cooperation with the pair of sandwiching members while arranging the pair of sandwiching members at positions sandwiching the piezoelectric element from both sides. a member placing step of placing a said cover member crimping crimping step to the pair of clamping member in a state where the piezoelectric element through the pair of clamping members disposed in said member disposing step is pressurized, And the cover member is configured in a cylindrical shape, and the pair of clamping members sandwich the piezoelectric element disposed inside the cylindrical cover member. Insertion portions that can be respectively inserted from one opening portion and the other opening portion, and in the caulking step, the insertion portions of the pair of sandwiching members respectively inserted into the cylindrical cover members. Each of the peripheral edge of each opening portion of the cylindrical cover member and said caulking.

本発明によれば、圧電素子にねじり応力が加わることなどを抑制できると共に振動特性のばらつきを抑えることが可能であり、しかも小型化や高出力化を図れることに加えて、生産性を向上させることが可能な超音波振動子及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the application of torsional stress to the piezoelectric element and to suppress variations in vibration characteristics, and to improve productivity in addition to miniaturization and higher output. It is possible to provide an ultrasonic transducer and a method for manufacturing the same.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波振動子1を一部断面で示す正面図であり、図2は、この超音波振動子1の一部の構成部品を分解して示す図である。また、図3は、この超音波振動子1の製造方法を説明するための図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a front view showing the ultrasonic transducer 1 according to the first embodiment of the present invention in a partial cross section. FIG. 2 is an exploded view of some components of the ultrasonic transducer 1. FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing the ultrasonic transducer 1.

本実施形態の超音波振動子1は、超音波カッタや超音波歯石除去器などのハンディタイプの超音波機器の振動源として用いられるものである。すなわち、この超音波振動子1は、図1及び図2に示すように、例えば全長が21.9mm、最大外径が直径4.0mmのほぼ円柱形状に形成されており、複数の圧電素子8、9、10、11と、これらの圧電素子8、9、10、11を挟持する一対の挟持部材としての前面板2及び裏打板3と、カバー部材としての側面板12とを主に備えて構成されている。   The ultrasonic transducer 1 according to the present embodiment is used as a vibration source for a handheld ultrasonic device such as an ultrasonic cutter or an ultrasonic calculus remover. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic transducer 1 is formed in a substantially cylindrical shape having a total length of 21.9 mm and a maximum outer diameter of 4.0 mm, for example, and includes a plurality of piezoelectric elements 8. 9, 10, 11, a front plate 2 and a backing plate 3 as a pair of sandwiching members that sandwich the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11, and a side plate 12 as a cover member. It is configured.

圧電素子8、9、10、11は、銀パラジウムなどを材料とする電極(銀電極)14、15、16、17、18、導体パターン23、25及び絶縁層24と共に一体焼成されて、圧電素子ユニット28を構成している。   The piezoelectric elements 8, 9, 10, and 11 are integrally fired together with electrodes (silver electrodes) 14, 15, 16, 17, 18, conductor patterns 23, 25, and an insulating layer 24 made of silver palladium, etc. The unit 28 is configured.

圧電素子8、9、10、11は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やチタン酸バリウムなどの圧電セラミックス材料を用いて、例えば2.5mm角の矩形の平板形状や、また例えば直径2.5mmサイズの円板形状などに形成されている。また、圧電素子8、9、10、11は、それぞれ厚さ方向に分極されており、正極又は負極の電極を表面又は裏面に有する。   The piezoelectric elements 8, 9, 10, and 11 are made of a piezoelectric ceramic material such as PZT (lead zirconate titanate) or barium titanate, and have a rectangular flat plate shape of 2.5 mm square, or a diameter of 2.5 mm, for example. It is formed in a disk shape of size. The piezoelectric elements 8, 9, 10, and 11 are polarized in the thickness direction, and have a positive electrode or a negative electrode on the front surface or the back surface.

すなわち、圧電素子ユニット28は、圧電素子8、9、10、11が電気的に並列に接続されるように、これらの圧電素子8、9、10、11及び電極14、15、16、17、18、並びに導体パターン23、25及び絶縁層24をそれぞれ積層した状態で一体焼成されている。ここで、絶縁層24は、電気絶縁性を有する樹脂材料やセラミックなどで構成されており、正極用の導体パターン25と前面板2との短絡を防止し、かつ圧電素子8、9、10、11側が前面板2側を局部的に押圧してしまうことなどを回避するため(圧電素子8、9、10、11側で発生させる超音波振動を前面板2側に効果的に伝達するため)に設けられている。   That is, the piezoelectric element unit 28 includes the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 and the electrodes 14, 15, 16, 17, so that the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 are electrically connected in parallel. 18 and the conductor patterns 23 and 25 and the insulating layer 24 are laminated and fired integrally. Here, the insulating layer 24 is made of an electrically insulating resin material, ceramic, or the like, prevents a short circuit between the positive electrode conductor pattern 25 and the front plate 2, and the piezoelectric elements 8, 9, 10, In order to avoid the 11 side locally pressing the front plate 2 side (to effectively transmit the ultrasonic vibration generated on the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 side to the front plate 2 side) Is provided.

また、超音波振動子1には、図1及び図2に示すように、被覆線で各々構成された正極のリード線19及び負極のリード線20がそれぞれ設けられている。正極のリード線19は、裏打板3に形成された貫通穴3c内を挿通されつつ圧電素子8、9、10、11側から裏打板3の外部に引き出されている。一方、負極のリード線20は、ボディアースをとるために、リード固定具21を通じて裏打板3の表面(外形面)に圧接する状態で固定されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic transducer 1 is provided with a positive lead wire 19 and a negative lead wire 20 each formed of a covered wire. The positive lead wire 19 is led out of the backing plate 3 from the side of the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 while being inserted through a through hole 3 c formed in the backing plate 3. On the other hand, the negative lead wire 20 is fixed in a state of being in pressure contact with the surface (outer surface) of the backing plate 3 through a lead fixing tool 21 in order to take a body ground.

詳述すると、プラス電極となる電極15、17は、導体パターン25を介して正極のリード線19と接続されている。一方、マイナス電極としての電極14、16、18は、導体パターン23及び裏打板3のボディを介して負極のリード線20と接続されている。さらに、リード線19、20と電気的に接続される圧電素子ユニット28の周面(側壁面)は、絶縁層22によって被覆されている。この絶縁層22は、絶縁性を有する例えばポリイミドフィルムを材料とするテープや樹脂リングなどにより構成されており、側面板12の内壁面に対する圧電素子ユニット28の電気絶縁性を確保する。また、圧電素子ユニット28の周面に例えば絶縁ペーストなどの液状の絶縁材料を塗布することによって、このような絶縁層22を形成してもよい。また、これに代えて、筒状の側面板12の内壁面に絶縁コートなどをコーティングすることによって絶縁層を形成してもよい。   More specifically, the electrodes 15 and 17 serving as positive electrodes are connected to the positive lead wire 19 through the conductor pattern 25. On the other hand, the electrodes 14, 16 and 18 as negative electrodes are connected to the negative lead wire 20 through the conductor pattern 23 and the body of the backing plate 3. Further, the peripheral surface (side wall surface) of the piezoelectric element unit 28 electrically connected to the lead wires 19 and 20 is covered with an insulating layer 22. The insulating layer 22 is made of an insulating tape such as a polyimide film or a resin ring, and ensures the electrical insulation of the piezoelectric element unit 28 with respect to the inner wall surface of the side plate 12. Further, such an insulating layer 22 may be formed by applying a liquid insulating material such as an insulating paste to the peripheral surface of the piezoelectric element unit 28. Alternatively, the insulating layer may be formed by coating the inner wall surface of the cylindrical side plate 12 with an insulating coat or the like.

次に、前面板2、裏打板3及び側面板12の構成、並びにこれらの部材の接合構造について説明する。
図1及び図2に示すように、前面板2は、チタン合金などを材料として適用し、基端側(圧電素子側)を小径とする段差を設けた略円錐台形状の金属ブロックとして構成されている。前面板2は、その軸方向の長さが、超音波振動子1本体の共振周波数λに対して例えば1/4λの長さで構成されていると共に、圧電素子ユニット28側で生じる超音波振動を伝達するホーンとして機能し最先端面が振動放射面7となる。一方、裏打板3は、同様にチタン合金などを構成材料として用い、先端側(圧電素子側)を小径とする段差を設けた略円柱形状の金属ブロックとして構成されている。裏打板3の最基端面からは、上述したリード線19、20がそれぞれ引き出されている。
Next, the structure of the front plate 2, the backing plate 3, and the side plate 12 and the joining structure of these members will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the front plate 2 is configured as a substantially frustoconical metal block provided with a step having a small diameter on the base end side (piezoelectric element side) using a titanium alloy or the like as a material. ing. The front plate 2 has a length in the axial direction of, for example, 1 / 4λ with respect to the resonance frequency λ of the ultrasonic transducer 1 body, and ultrasonic vibration generated on the piezoelectric element unit 28 side. And the most advanced surface is the vibration radiating surface 7. On the other hand, the backing plate 3 is similarly configured as a substantially cylindrical metal block using a titanium alloy or the like as a constituent material and provided with a step having a small diameter on the tip side (piezoelectric element side). The lead wires 19 and 20 described above are drawn out from the most proximal end surface of the backing plate 3.

側面板12は、図1及び図2に示すように、上記のチタン合金などを材料にして筒状(円筒状)に形成されている。この側面板12は、前面板2及び裏打板3と協働して圧電素子8、9、10、11を包囲した状態で、前面板2及び裏打板3の各々に、かしめられている。より具体的には、側面板12は、前面板2と裏打板3との間に介在された状態で圧電素子8、9、10、11を包囲しつつ、前面板2及び裏打板3の各々に、かしめリング5、6を介してかしめられている。環状の係止部材であるかしめリング5、6は、例えばジュラルミンなどを材料として構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the side plate 12 is formed in a cylindrical shape (cylindrical shape) using the titanium alloy or the like as a material. The side plate 12 is caulked to each of the front plate 2 and the back plate 3 in a state of surrounding the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 in cooperation with the front plate 2 and the back plate 3. More specifically, the side plate 12 surrounds the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 while being interposed between the front plate 2 and the backing plate 3, and each of the front plate 2 and the backing plate 3. And caulking rings 5 and 6. The caulking rings 5 and 6 that are annular locking members are made of, for example, duralumin.

さらに、前面板2及び裏打板3は、筒状の側面板12の内側に配置される圧電素子8、9、10、11(圧電素子ユニット28)を挟み込むように筒状の側面板12の一方及び他方の開口部分12a、12bから各々挿入された挿入部2a、3aをそれぞれ有する。これら挿入部2a、3aの外径部分と筒状の側面板12の内径部分とは、互いに嵌合する寸法で形成されている。また、前面板2の挿入部2aには、その最基端面を僅かに窪ませた座ぐり部2cが設けられている。圧電素子ユニット28は、前面板2側の挿入部2aに設けられたこの座ぐり部2cの底面と、裏打板3側の挿入部3aの最先端面と、の間で挟持される。   Further, the front plate 2 and the backing plate 3 are arranged on one side of the cylindrical side plate 12 so as to sandwich the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 (piezoelectric element unit 28) disposed inside the cylindrical side plate 12. And insertion portions 2a and 3a respectively inserted from the other opening portions 12a and 12b. The outer diameter portions of the insertion portions 2a and 3a and the inner diameter portion of the cylindrical side plate 12 are formed with dimensions that fit each other. Further, the insertion portion 2a of the front plate 2 is provided with a counterbore portion 2c in which the most proximal end surface is slightly depressed. The piezoelectric element unit 28 is sandwiched between the bottom surface of the spot facing portion 2c provided in the insertion portion 2a on the front plate 2 side and the foremost surface of the insertion portion 3a on the backing plate 3 side.

また、側面板12の両端にそれぞれ開口する開口部分12a、12bの各周縁部は、上記かしめリング5、6に各々嵌合する(各々挿入される)薄肉部12c、12dで構成されている。すなわち、図1及び図2に示すように、側面板12の薄肉部12c、12d(の外径部分)をかしめリング5、6の内側に各々挿入すると共に側面板12の開口部分12a、12bに挿入部2a、3aを各々挿入して圧電素子ユニット28を挟み込んだ状態において、側面板12の薄肉部12c、12dは、前面板2及び裏打板3における挿入部2a、3aの根元部分2b、3b(前面板2及び裏打板3の各段差部の小径部分)に、かしめリング5、6を介してかしめられている。   Moreover, each peripheral part of the opening parts 12a and 12b opened to both ends of the side plate 12 is constituted by thin-walled parts 12c and 12d that are fitted (inserted) into the caulking rings 5 and 6, respectively. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the thin portions 12 c and 12 d (outer diameter portions) of the side plate 12 are inserted into the caulking rings 5 and 6, respectively, and the openings 12 a and 12 b of the side plate 12 are inserted. In a state where the insertion portions 2a and 3a are inserted and the piezoelectric element unit 28 is sandwiched, the thin portions 12c and 12d of the side plate 12 are the root portions 2b and 3b of the insertion portions 2a and 3a in the front plate 2 and the backing plate 3, respectively. It is caulked by caulking rings 5, 6 (small diameter portions of respective step portions of the front plate 2 and the backing plate 3).

ここで、圧電素子ユニット28を挟み込む前面板2と裏打板3との間に側面板12が介在された状態において、前面板2及び裏打板3の挿入部2a、3a根元側の各段差面(振動放射面7又は裏打板3の最基端面と平行な各段差面)と筒状の側面板12の両端との間に僅かにクリアランスが生じるように、側面板12の軸方向の長さが、設定されている。すなわち、図3に示すように、前面板2及び裏打板3を通じて圧電素子8、9、10、11(圧電素子ユニット28)を加圧した状態で、側面板12は、前面板2と裏打板3との各々にかしめられている。これにより、圧電素子8、9、10、11側から前面板2側への振動伝達性の向上が図られている。   Here, in the state where the side plate 12 is interposed between the front plate 2 and the backing plate 3 sandwiching the piezoelectric element unit 28, each step surface on the base side of the insertion portions 2a and 3a of the front plate 2 and the backing plate 3 ( The axial length of the side plate 12 is such that a slight clearance is generated between the vibration radiating surface 7 or each step surface parallel to the most proximal end surface of the backing plate 3 and both ends of the cylindrical side plate 12. Is set. That is, as shown in FIG. 3, in a state where the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 (piezoelectric element unit 28) are pressed through the front plate 2 and the backing plate 3, the side plate 12 has the front plate 2 and the backing plate. It is squeezed to each of three. Thereby, the improvement of the vibration transmission property from the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 side to the front plate 2 side is achieved.

次に、このように構成された超音波振動子1の製造方法を主に図2、図3に基づき説明する。
図2に示すように、まず、圧電素子8、9、10、11が電気的に並列となるように、当該圧電素子8、9、10、11、電極14、15、16、17、18、導体パターン23、25、及び絶縁層24をそれぞれ積層配置した状態で焼成処理を行って圧電素子ユニット28を一体焼成する。続いて、圧電素子ユニット28の周面(側壁面)を絶縁層22によって被覆し、次に例えばリード線19、20の配線を行う。
Next, a method for manufacturing the ultrasonic transducer 1 configured as described above will be described mainly with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, first, the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11, electrodes 14, 15, 16, 17, 18, so that the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 are electrically in parallel. A baking process is performed in a state where the conductor patterns 23 and 25 and the insulating layer 24 are laminated and the piezoelectric element unit 28 is integrally fired. Subsequently, the peripheral surface (side wall surface) of the piezoelectric element unit 28 is covered with the insulating layer 22, and then, for example, lead wires 19 and 20 are wired.

次いで、図2、図3に示すように、圧電素子ユニット28(圧電素子8、9、10、11)を両側から挟み込む位置に前面板2及び裏打板3を配置しつつこれら前面板2及び裏打板3と協働して圧電素子ユニット28を包囲する位置に側面板12を配置する。より具体的には、薄肉部12c、12dにかしめリング5、6を装着した側面板12を、圧電素子ユニット28(圧電素子8、9、10、11)を包囲する位置に配置しつつ、この側面板12及び圧電素子ユニット28を両側から挟み込む位置に前面板2及び裏打板3を配置(側面板12の開口部分12a、12bに挿入部2a、3aを挿入)する。さらに、図3に示すように、このように配置された前面板2及び裏打板3を通じて圧電素子ユニット28がP1、P2方向から適正な荷重で加圧される状態で、かしめリング5、6の周囲を内側に押圧してかしめ加工を行う。この際、かしめリング5、6と共に側面板12両端の薄肉部12c、12dが、縮径する方向に塑性変形し、これにより、前面板2及び裏打板3(挿入部2a、3aの根元部分2b、3b)と、側面板12(薄肉部12c、12d)と、が一体的に連結される。上記のかしめ工程を経た後、図1に示した超音波振動子1を得ることができる。   Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the front plate 2 and the backing plate 3 are disposed while the front plate 2 and the backing plate 3 are arranged at positions where the piezoelectric element unit 28 (piezoelectric elements 8, 9, 10, 11) is sandwiched from both sides. The side plate 12 is arranged at a position surrounding the piezoelectric element unit 28 in cooperation with the plate 3. More specifically, the side plate 12 with the caulking rings 5 and 6 attached to the thin wall portions 12c and 12d is disposed at a position surrounding the piezoelectric element unit 28 (piezoelectric elements 8, 9, 10, and 11). The front plate 2 and the backing plate 3 are disposed at positions where the side plate 12 and the piezoelectric element unit 28 are sandwiched from both sides (inserted portions 2a and 3a are inserted into the opening portions 12a and 12b of the side plate 12). Furthermore, as shown in FIG. 3, the piezoelectric element unit 28 is pressed with an appropriate load from the P1 and P2 directions through the front plate 2 and the backing plate 3 arranged in this manner, and the caulking rings 5 and 6 are connected. Caulking is performed by pressing the periphery inward. At this time, the thin portions 12c and 12d at both ends of the side plate 12 together with the caulking rings 5 and 6 are plastically deformed in the direction of reducing the diameter, whereby the front plate 2 and the backing plate 3 (the root portions 2b of the insertion portions 2a and 3a). 3b) and the side plate 12 (thin wall portions 12c, 12d) are integrally coupled. After the above-described caulking process, the ultrasonic vibrator 1 shown in FIG. 1 can be obtained.

既述したように、本実施形態の超音波振動子1及びその製造方法によれば、圧電素子8、9、10、11(圧電素子ユニット28)を挟持する前面板2及び裏打板3間に側面板12をかしめることによって、ねじ構造などを適用せずとも圧電素子8、9、10、11を内部部品として組み付けることができるので、上記ねじ構造の形成領域を製品上(超音波振動子1本体)に確保することなどが不要となる。したがって、圧電素子のサイズや製品本体のサイズを選択する上での自由度が向上し、これにより、超音波振動子の小型化や、また一方で、比較的サイズの大きい圧電素子の適用による超音波振動子のハイパワー化などを実現できる。さらに、本実施形態では、上記したように、ねじ構造などが不要なので、部品コストの低減を図ることができる。   As described above, according to the ultrasonic transducer 1 and the manufacturing method thereof of the present embodiment, between the front plate 2 and the backing plate 3 that sandwich the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 (piezoelectric element unit 28). By caulking the side plate 12, the piezoelectric elements 8, 9, 10, and 11 can be assembled as internal parts without applying a screw structure or the like. It is not necessary to secure it in one main body. Therefore, the degree of freedom in selecting the size of the piezoelectric element and the size of the product body is improved, which makes it possible to reduce the size of the ultrasonic vibrator and, on the other hand, to apply a relatively large size piezoelectric element. Realization of high-power acoustic transducers. Furthermore, in the present embodiment, as described above, since a screw structure or the like is unnecessary, it is possible to reduce the component cost.

また、本実施形態の超音波振動子1及びその製造方法によれば、上述したようにねじ構造を適用せずに、かしめにより個々の部材どうしを接合するので、前面板2及び裏打板3の両側から例えば適正な荷重を加えつつかしめを行うことによって、圧電素子8、9、10、11(圧電素子ユニット28)にねじり応力などを加えることなく、しかも当該圧電素子を前面板2及び裏打板3間に適切な保持(挟持)力で組み込むことが可能となる。これにより、圧電素子の組み付け時の位置ずれなどを抑制しつつ適切な保持力で圧電素子を組み付けることができるので、超音波振動子の振動特性のばらつきを抑えることができ、さらには、機械的ストレスが要因となる圧電素子の破損などを防止することも可能である。また、本実施形態では、部材どうしの接合に例えば溶接などを適用する場合などと異なり、被接合部分を高温に加熱溶融する必要などがないので、前面板2、裏打板3及び側面板12の材料選択の自由度を高めることができる(融点の高い材料も容易に選択可能となる)と共に、比較的高価な溶接用の設備機器を設置する必要などもないため、超音波振動子の生産性を向上させることができる。   Further, according to the ultrasonic vibrator 1 and the manufacturing method thereof of the present embodiment, the individual members are joined together by caulking without applying the screw structure as described above. For example, by performing caulking while applying an appropriate load from both sides, the piezoelectric element is applied to the front plate 2 and the backing plate without applying torsional stress or the like to the piezoelectric elements 8, 9, 10, 11 (piezoelectric element unit 28). It is possible to incorporate between the three with an appropriate holding (holding) force. As a result, it is possible to assemble the piezoelectric element with an appropriate holding force while suppressing misalignment during the assembly of the piezoelectric element, thereby suppressing variations in vibration characteristics of the ultrasonic vibrator, and further, mechanical It is also possible to prevent the piezoelectric element from being damaged due to stress. Moreover, in this embodiment, unlike the case where welding etc. are applied to the joining of members, for example, it is not necessary to heat and melt the parts to be joined to high temperatures, so the front plate 2, backing plate 3 and side plate 12 The degree of freedom in selecting materials can be increased (materials with a high melting point can be easily selected), and there is no need to install relatively expensive equipment for welding. Can be improved.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施形態を図4に基づき説明する。ここで、図4は、この実施形態に係る超音波振動子31を一部断面で示す正面図である。なお、図4において、図1〜図3に示した第1の実施形態の超音波振動子1に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 4 is a front view showing the ultrasonic transducer 31 according to this embodiment in a partial cross section. In FIG. 4, the same components as those provided in the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted. .

図4に示すように、この実施形態の超音波振動子31は、第1の実施形態の超音波振動子1に設けられていた前面板2、裏打板3及び側面板12に代えて、前面板32、裏打板33及び側面板34を備えており、かしめリングを用いずに上記前面板32及び裏打板33の各々と側面板34とがかしめられている。すなわち、前面板32、裏打板33及び側面板34は、その構成材料として、かしめの際に塑性変形し易いように比較的軟らかい金属材料であるジュラルミンや軟鉄などが適用されている。   As shown in FIG. 4, the ultrasonic transducer 31 of this embodiment is replaced with a front plate 2, a backing plate 3 and a side plate 12 provided in the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment. A face plate 32, a backing plate 33 and a side plate 34 are provided, and the front plate 32 and the backing plate 33 and the side plate 34 are caulked without using a caulking ring. That is, the front plate 32, the backing plate 33, and the side plate 34 are made of duralumin or soft iron, which is a relatively soft metal material, so as to be easily plastically deformed during caulking.

また、かしめの際に、前面板32及び裏打板33側に側面板34側の肉を食い込ませ易くするために、図4に示すように、前面板32及び裏打板33の挿入部2a、3aにおける根元部分32b、33bの表面(被かしめ部分)には、凹凸が形成されている。なお、このような被かしめ部分に形成される凹凸は、側面板34側(の薄肉部12c、12dの内壁面)に設けられていてもよいし、前面板32及び裏打板33と側面板34との双方に設けられていてもよい。   Further, in order to make it easier for the meat on the side plate 34 side to bite into the front plate 32 and the backing plate 33 side during caulking, as shown in FIG. 4, the insertion portions 2a and 3a of the front plate 32 and the backing plate 33 are inserted. Concavities and convexities are formed on the surfaces (caulking portions) of the root portions 32b and 33b. The unevenness formed in the caulking portion may be provided on the side plate 34 side (inner wall surfaces of the thin portions 12c and 12d), or the front plate 32, the backing plate 33, and the side plate 34. And may be provided on both sides.

つまり、この実施形態の超音波振動子31は、このような前面板32及び裏打板33を通じて圧電素子ユニット28を適正な荷重で加圧した状態において、側面板34両端の薄肉部12c、12dの周囲を内側に押圧してかしめ加工を行うことで、薄肉部12c、12dの内壁側の肉が、前面板32及び裏打板33の挿入部32a、33aにおける根元部分32b、33b表面の凹凸に食い込み、これにより、前面板32及び裏打板33と側面板34とが一体的に接合される。   That is, the ultrasonic transducer 31 of this embodiment has the thin portions 12c and 12d at both ends of the side plate 34 in a state where the piezoelectric element unit 28 is pressurized with an appropriate load through the front plate 32 and the backing plate 33. By performing caulking processing by pressing the periphery inward, the meat on the inner wall side of the thin wall portions 12c and 12d bites into the irregularities on the surface of the root portions 32b and 33b in the insertion portions 32a and 33a of the front plate 32 and the backing plate 33. Thereby, the front plate 32 and the backing plate 33 and the side plate 34 are integrally joined.

したがって、本実施形態に係る超音波振動子31及びその製造方法によれば、圧電素子8、9、10、11にねじり応力が加わることなどを抑制できると共に振動特性のばらつきを抑えることができ、しかも生産性を向上させつつ小型化やハイパワー化を実現できる。また、特に、本実施形態では、第1の実施形態で適用されていたかしめリングが不要となるので、製造コストの削減を図ることができる。   Therefore, according to the ultrasonic transducer 31 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, it is possible to suppress the application of torsional stress to the piezoelectric elements 8, 9, 10, and 11 and to suppress variations in vibration characteristics, Moreover, miniaturization and high power can be realized while improving productivity. In particular, in this embodiment, the caulking ring applied in the first embodiment is not necessary, so that the manufacturing cost can be reduced.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施形態を図5に基づき説明する。ここで、図5は、この実施形態に係る超音波振動子41を一部断面で示す正面図である。なお、図5において、図1〜図3に示した第1の実施形態の超音波振動子1に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a front view showing the ultrasonic transducer 41 according to this embodiment in a partial cross section. In FIG. 5, the same components as those provided in the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. .

この実施形態の超音波振動子41は、図5に示すように、第1の実施形態の超音波振動子1に設けられていたかしめリング5を削除すると共に前面板2及び側面板12に代えて、カバー部42aを有する前面板42を備える。すなわち、この前面板42は、第1の実施形態の前面板2と側面板12とを単一の部材で構成することにより実現されている。   As shown in FIG. 5, the ultrasonic transducer 41 of this embodiment deletes the caulking ring 5 provided in the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment and replaces the front plate 2 and the side plate 12 with each other. And a front plate 42 having a cover portion 42a. That is, the front plate 42 is realized by configuring the front plate 2 and the side plate 12 of the first embodiment with a single member.

この超音波振動子41は、前面板42及び裏打板3を通じて圧電素子ユニット28を適正な荷重で加圧した状態において、かしめリング6の周囲を内側に押圧してかしめ加工を行うことで、かしめリング6と共に前面板42のカバー部42aの薄肉部12dが径方向に塑性変形し、これにより、前面板42のカバー部42a(第1の実施形態の側面板12の構成部分)と裏打板3(挿入部3aの根元部分3b)とが互いに接合される。   The ultrasonic transducer 41 is caulked by pressing the periphery of the caulking ring 6 inward while pressing the piezoelectric element unit 28 with an appropriate load through the front plate 42 and the backing plate 3. The thin portion 12d of the cover portion 42a of the front plate 42 together with the ring 6 is plastically deformed in the radial direction, whereby the cover portion 42a of the front plate 42 (part of the side plate 12 of the first embodiment) and the backing plate 3 are formed. (The base portion 3b of the insertion portion 3a) are joined to each other.

また、図5においては、かしめリング6を介して前面板42と裏打板3とをかしめた形態を例示しているが、これに代えて、ジュラルミンなどの比較的軟らかい金属材料で前面板42及び裏打板3を構成すると共に、前面板42のカバー部42aに設けられた薄肉部12dの内壁や裏打板3の挿入部3aに設けられた根元部分3bの表面に凹凸を形成することなどで、かしめリング6を削除して、前面板42と裏打板3とをかしめるようにしてよい。   5 illustrates a form in which the front plate 42 and the backing plate 3 are caulked through the caulking ring 6, but instead of this, the front plate 42 and the relatively soft metal material such as duralumin are used. While forming the backing plate 3, by forming irregularities on the inner wall of the thin wall portion 12d provided on the cover portion 42a of the front plate 42 and the surface of the root portion 3b provided on the insertion portion 3a of the backing plate 3, etc. The caulking ring 6 may be deleted and the front plate 42 and the backing plate 3 may be caulked.

したがって、本実施形態の超音波振動子41によれば、第1又は第2の実施形態の効果に加え、かしめを行う個所や部品点数が削減されるので、部品コストの低減及び生産効率の向上を図ることができる。   Therefore, according to the ultrasonic transducer 41 of the present embodiment, in addition to the effects of the first or second embodiment, the number of parts to be caulked and the number of parts are reduced, thereby reducing the part cost and improving the production efficiency. Can be achieved.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施形態を図6に基づき説明する。ここで、図6は、この実施形態に係る超音波振動子51を一部断面で示す正面図である。なお、図6において、図1〜図3に示した第1の実施形態の超音波振動子1に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 6 is a front view showing a partial cross section of the ultrasonic transducer 51 according to this embodiment. In FIG. 6, the same components as those provided in the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment shown in FIGS. .

この実施形態の超音波振動子51は、図6に示すように、第1の実施形態の超音波振動子1に設けられていた裏打板3及び側面板12に代えて、カバー部53aを有する裏打板53を備える。すなわち、この裏打板53は、第1の実施形態の裏打板3と側面板12とを単一の部材で構成することにより実現されている。   As shown in FIG. 6, the ultrasonic transducer 51 of this embodiment has a cover portion 53a in place of the backing plate 3 and the side plate 12 provided in the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment. A backing plate 53 is provided. That is, the backing plate 53 is realized by configuring the backing plate 3 and the side plate 12 of the first embodiment with a single member.

この超音波振動子51は、前面板2及び裏打板53を通じて圧電素子ユニット28を適正な荷重で加圧した状態において、かしめリング5の周囲を内側に押圧してかしめ加工を行うことで、かしめリング5と共に裏打板53のカバー部53aの薄肉部12cが径方向に塑性変形し、これにより、裏打板53のカバー部53a(第1の実施形態の側面板12の構成部分)と前面板2(の挿入部2aの根元部分2b)とが互いに接合される。   The ultrasonic vibrator 51 is caulked by pressing the periphery of the caulking ring 5 inward in a state where the piezoelectric element unit 28 is pressurized with an appropriate load through the front plate 2 and the backing plate 53. The thin portion 12c of the cover portion 53a of the backing plate 53 together with the ring 5 is plastically deformed in the radial direction, whereby the cover portion 53a of the backing plate 53 (the constituent part of the side plate 12 of the first embodiment) and the front plate 2 (The root portion 2b of the insertion portion 2a) are joined to each other.

また、図6においては、かしめリング5を介して前面板2と裏打板53とをかしめた形態を例示しているが、これに代えて、ジュラルミンなどの比較的軟らかい金属材料で前面板2及び裏打板53を構成すると共に、裏打板53のカバー部53aに設けられた薄肉部12cの内壁や前面板2の挿入部2aに設けられた根元部分2bの表面に凹凸を形成することなどで、かしめリング5を削除して、前面板2と裏打板53とのかしめを行うようにしてよい。   6 illustrates a form in which the front plate 2 and the backing plate 53 are caulked through the caulking ring 5, but instead of this, the front plate 2 and the relatively soft metal material such as duralumin are used. While forming the backing plate 53, by forming irregularities on the inner wall of the thin portion 12c provided on the cover portion 53a of the backing plate 53 and the surface of the root portion 2b provided on the insertion portion 2a of the front plate 2, etc. The caulking ring 5 may be deleted, and the front plate 2 and the backing plate 53 may be caulked.

したがって、本実施形態の超音波振動子51によれば、第3の実施形態の効果と同様に、かしめ個所や部品点数が削減されるので、部品コストの低減及び生産効率の向上を図ることができる。   Therefore, according to the ultrasonic transducer 51 of the present embodiment, as with the effect of the third embodiment, the caulking location and the number of components are reduced, so that it is possible to reduce component costs and improve production efficiency. it can.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施形態を図7に基づき説明する。ここで、図7は、この実施形態に係る超音波振動子71を一部断面で示す正面図である。なお、図7において、図1〜図3に示した第1の実施形態の超音波振動子1に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7 is a front view showing a partial cross section of the ultrasonic transducer 71 according to this embodiment. In FIG. 7, the same components as those provided in the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment shown in FIGS. .

この実施形態の超音波振動子71は、第1の実施形態の超音波振動子1の構成に加え、さらに不要振動を減衰させるダンパ材として機能する緩衝部材72、73、及び熱収縮チューブ74を備えて構成されている。緩衝部材72は、例えばリング状に形成されており、前面板2及び側面板12のそれぞれの周面にまたがった位置に例えば接着剤などを介して固定されている。一方、緩衝部材73は、例えば円柱状に形成されており、裏打板3の最基端面に上記熱収縮チューブ74を介して固定されている。   In addition to the configuration of the ultrasonic transducer 1 of the first embodiment, the ultrasonic transducer 71 of this embodiment further includes buffer members 72 and 73 that function as a damper material that attenuates unnecessary vibration, and a heat shrinkable tube 74. It is prepared for. The buffer member 72 is formed in a ring shape, for example, and is fixed to a position straddling the respective peripheral surfaces of the front plate 2 and the side plate 12 via an adhesive or the like. On the other hand, the buffer member 73 is formed in a columnar shape, for example, and is fixed to the most proximal end surface of the backing plate 3 via the heat shrinkable tube 74.

これら緩衝部材72、73は、超音波振動子71本体に生じ得る不要な振動(主に圧電素子8、9、10、11が発生させる振動帯域以外の振動)を除去するために設けられている。つまり、緩衝部材72、73は、上記したチタン合金製の前面板2や裏打板3よりも少なくとも硬度の低い材料によって構成されている。具体的には、緩衝部材72、73の構成材料としては、例えばチタン酸鉛を含有するウレタン樹脂などが適用されている。また、超音波振動子本体の外形から突出するかたちのこのような緩衝部材72、73は、不要振動の除去機能の他、超音波カッタや超音波歯石除去器などの超音波機器の筐体の内側に対し、超音波振動子71を振動源(内部部品)として取り付ける場合の被取付部分(超音波機器の筐体に設けられた凹部と嵌合させる凸部)としても利用される。   These buffer members 72 and 73 are provided to remove unnecessary vibrations (mainly vibrations other than the vibration bands generated by the piezoelectric elements 8, 9, 10, and 11) that can occur in the main body of the ultrasonic vibrator 71. . That is, the buffer members 72 and 73 are made of a material having at least a lower hardness than the front plate 2 and the backing plate 3 made of titanium alloy. Specifically, as a constituent material of the buffer members 72 and 73, for example, a urethane resin containing lead titanate is applied. Further, such buffer members 72 and 73 protruding from the outer shape of the ultrasonic vibrator main body have a function of removing unnecessary vibrations, as well as a housing of an ultrasonic device such as an ultrasonic cutter or an ultrasonic calculus remover. It is also used as an attached portion (a convex portion to be fitted with a concave portion provided in a casing of an ultrasonic device) when the ultrasonic vibrator 71 is attached to the inside as a vibration source (internal part).

ここで、緩衝部材73は、例えば、シリコーン樹脂系やフッ素樹脂系の熱収縮チューブ74を裏打板3の基端部に装着すると共に、この熱収縮チューブ74の内部に粉末状のチタン酸鉛と溶融状態のウレタン樹脂とを充填した後、熱処理を行うことで、裏打板3の最基端面に固定される。   Here, the buffer member 73 has, for example, a silicone resin-based or fluororesin-based heat-shrinkable tube 74 attached to the base end portion of the backing plate 3, and powdery lead titanate in the heat-shrinkable tube 74. After filling with the molten urethane resin, it is fixed to the most proximal end surface of the backing plate 3 by performing a heat treatment.

なお、図7においては、緩衝部材72、73(及び熱収縮チューブ74)を図1〜図3に示した超音波振動子1に対して取り付けた態様を例示しているが、これに代えて、図4、図5、図6に示した超音波振動子31、41、51に緩衝部材72、73を取り付けてもよい。また、緩衝部材73の固定後に熱収縮チューブ74を裏打板3から取り除いて、超音波振動子本体を構成してもよい。   In addition, in FIG. 7, although the buffer member 72,73 (and heat contraction tube 74) has illustrated the aspect attached with respect to the ultrasonic transducer | vibrator 1 shown in FIGS. 1-3, it replaces with this. Buffer members 72, 73 may be attached to the ultrasonic transducers 31, 41, 51 shown in FIGS. Further, the ultrasonic transducer main body may be configured by removing the heat shrinkable tube 74 from the backing plate 3 after the buffer member 73 is fixed.

このように本実施形態に係る超音波振動子71によれば、上述したいずれかの実施形態の効果に加え、超音波振動子本体に生じ得る不要振動を除去することが可能であると共に、超音波機器の筐体への被取付部分を構成することができ、さらには、超音波機器の筐体(例えばハンディタイプの超音波機器本体)に伝達され得る振動を減衰させることができる。   As described above, according to the ultrasonic transducer 71 according to the present embodiment, in addition to the effects of any of the above-described embodiments, unnecessary vibration that may occur in the ultrasonic transducer main body can be removed, and A portion to be attached to the housing of the ultrasonic device can be configured, and furthermore, vibration that can be transmitted to the housing of the ultrasonic device (for example, a handy type ultrasonic device main body) can be attenuated.

[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施形態を図8〜図16に基づき説明する。ここで、図8は、この実施形態に係る超音波振動子81の分解斜視図であり、図9は、この超音波振動子81を一部断面で示す正面図である。また、図10は、超音波振動子81を分解しその一部を断面で示す正面図であり、図11は、図10に示す側面板92のA部詳細図である。さらに、図12は、超音波振動子81に内蔵された圧電素子ユニット100を示す断面図である。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 8 is an exploded perspective view of the ultrasonic transducer 81 according to this embodiment, and FIG. 9 is a front view showing the ultrasonic transducer 81 in a partial cross section. FIG. 10 is a front view of the ultrasonic transducer 81 disassembled and a part thereof is shown in cross section. FIG. 11 is a detailed view of a portion A of the side plate 92 shown in FIG. Further, FIG. 12 is a cross-sectional view showing the piezoelectric element unit 100 built in the ultrasonic transducer 81.

この実施形態の超音波振動子81は、超音波メスや超音波歯石除去器などの把持タイプ(ハンドリングタイプ)の超音波応用機器の振動源として用いられるランジュバン型の超音波振動子である。すなわち、この超音波振動子81は、図9〜図11に示すように、圧電素子88、89、90、91を備える圧電素子ユニット100と、一対の挟持部材としての前面板82及び裏打板83と、カバー部材である側面板92と、から主に構成されている。   The ultrasonic transducer 81 of this embodiment is a Langevin type ultrasonic transducer used as a vibration source of a grasping type (handling type) ultrasonic application device such as an ultrasonic scalpel or an ultrasonic calculus remover. That is, as shown in FIGS. 9 to 11, the ultrasonic transducer 81 includes a piezoelectric element unit 100 including piezoelectric elements 88, 89, 90, and 91, a front plate 82 and a backing plate 83 as a pair of clamping members. And a side plate 92 as a cover member.

前面板82及び裏打板83は、チタン(Ti)、チタン合金、ステンレス鋼などを材料とする円柱状の金属ブロックで構成される。また、側面板92は、チタン、チタン合金、ステンレス鋼などの材料を用いて筒状(円筒状)に形成されている。さらに、図10に示すように、圧電素子88〜91(圧電素子ユニット100)は、一方の挟持部材である前面板82と他方の挟持部材である裏打板83との間に挟持されている。   The front plate 82 and the backing plate 83 are constituted by cylindrical metal blocks made of titanium (Ti), a titanium alloy, stainless steel, or the like. The side plate 92 is formed in a cylindrical shape (cylindrical shape) using a material such as titanium, a titanium alloy, or stainless steel. Further, as shown in FIG. 10, the piezoelectric elements 88 to 91 (piezoelectric element unit 100) are sandwiched between a front plate 82 that is one clamping member and a backing plate 83 that is the other clamping member.

側面板92は、図10に示すように、前面板82及び裏打板83と協働して、圧電素子88〜91を有する圧電素子ユニット100を包囲した状態で、前面板82及び裏打板83のうちの少なくとも一方にかしめられている(本実施形態では裏打板83にかしめられている)。   As shown in FIG. 10, the side plate 92 cooperates with the front plate 82 and the backing plate 83 to surround the piezoelectric element unit 100 having the piezoelectric elements 88 to 91. It is caulked to at least one of them (in this embodiment, it is caulked to the backing plate 83).

ここで、圧電素子ユニット100の構造について説明する。図12(及び図9、図10)に示すように、圧電素子ユニット100は、円板状の複数の圧電素子88〜91と、正極用、負極用の円板状の電極板である正極端子板95、97及び負極端子板94、96、98と、絶縁層101、102と、導電層103、104とを備える。圧電素子ユニット100は、上記正極端子板95、97及び負極端子板94、96、98からなる複数の電極板と、複数の圧電素子88〜91と、が交互に積層されたかたちで一体化されている。   Here, the structure of the piezoelectric element unit 100 will be described. As shown in FIG. 12 (and FIG. 9, FIG. 10), the piezoelectric element unit 100 includes a plurality of disk-shaped piezoelectric elements 88 to 91 and a positive electrode terminal that is a disk-shaped electrode plate for positive and negative electrodes. Plates 95 and 97 and negative electrode terminal plates 94, 96 and 98, insulating layers 101 and 102, and conductive layers 103 and 104 are provided. The piezoelectric element unit 100 is integrated in a form in which a plurality of electrode plates composed of the positive electrode terminal plates 95 and 97 and the negative electrode terminal plates 94, 96, and 98 and a plurality of piezoelectric elements 88 to 91 are alternately stacked. ing.

正極端子板95、97及び負極端子板94、96、98は、ベリリウム銅などを材料として、例えば直径4mm、厚さ0.1mmで形成されている。一方、圧電素子88〜91は、例えば直径4mm、厚さ1mmで形成されており、円形状の各主面(両端面)に正極又は負極となる電極層が形成されている。すなわち、圧電素子88〜91の製法は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を構成材料として適用し、プレス成形及び焼成後、各主面に導電ペーストを塗布し、さらに油中分極処理を施すことで厚み方向に分極される。その後、所望の形状になるように研削及び研磨を行い、さらに各主面に銀(Ag)蒸着を施すことで電極層を有する圧電素子88〜91が形成される。   The positive terminal plates 95 and 97 and the negative terminal plates 94, 96, and 98 are made of beryllium copper or the like with a diameter of 4 mm and a thickness of 0.1 mm, for example. On the other hand, the piezoelectric elements 88 to 91 are formed, for example, with a diameter of 4 mm and a thickness of 1 mm, and an electrode layer serving as a positive electrode or a negative electrode is formed on each circular main surface (both end surfaces). That is, the manufacturing method of the piezoelectric elements 88 to 91 applies lead zirconate titanate (PZT) as a constituent material, and after press molding and firing, applies a conductive paste to each main surface, and further performs a polarization treatment in oil. Is polarized in the thickness direction. Thereafter, grinding and polishing are performed so as to obtain a desired shape, and silver (Ag) vapor deposition is performed on each main surface to form piezoelectric elements 88 to 91 having electrode layers.

ここで、圧電素子ユニット100は、隣り合う圧電素子どうしの正極、負極の位置関係が逆になるように交互に積層配置されている。また、後述するように、個々の圧電素子の電極の引き出しは、図12に示すように、正極どうし、負極どうしが接続され、これにより、圧電素子ユニット100内の複数の圧電素子88〜91は、電気的に並列に接続される。   Here, the piezoelectric element units 100 are alternately stacked so that the positional relationship between the positive and negative electrodes of adjacent piezoelectric elements is reversed. Further, as will be described later, as shown in FIG. 12, the electrodes of the individual piezoelectric elements are drawn out by connecting the positive electrodes and the negative electrodes, whereby the plurality of piezoelectric elements 88 to 91 in the piezoelectric element unit 100 are connected to each other. Electrically connected in parallel.

なお、圧電素子88〜91は、上記製法によって得られたものに限定されるものではない。例えば厚み方向に分極された板状の圧電素子の素材から、超音波加工などの切り出し加工によって、所望の形状の圧電素子を切り出すことも可能である。また、未焼成の成形体の各主面(各端面)に導電ペーストを塗布し、さらに積層一体化した後、焼成及び分極処理を施して圧電素子を得ることも可能である。   The piezoelectric elements 88 to 91 are not limited to those obtained by the above manufacturing method. For example, a piezoelectric element having a desired shape can be cut out from a raw material of a plate-like piezoelectric element polarized in the thickness direction by cutting processing such as ultrasonic processing. It is also possible to obtain a piezoelectric element by applying a conductive paste to each main surface (each end surface) of an unfired molded body and further laminating and integrating it, followed by firing and polarization treatment.

絶縁層101は、図12に示すように、負極端子板96における側面(圧電素子ユニット100の外径部分として露出した負極端子板96の外周面)96cの一部を覆うように形成されている。また、絶縁層102は、正極端子板95における側面95cの一部を覆うように形成されている。このような絶縁層101、102は、例えば電気絶縁性を有する絶縁フィルムの貼り付け、又は絶縁ペーストの塗布及び固化を行うことなどによって構成されている。   As shown in FIG. 12, the insulating layer 101 is formed so as to cover a part of a side surface 96c of the negative electrode terminal plate 96 (the outer peripheral surface of the negative electrode terminal plate 96 exposed as an outer diameter portion of the piezoelectric element unit 100). . Further, the insulating layer 102 is formed so as to cover a part of the side surface 95 c of the positive electrode terminal plate 95. Such insulating layers 101 and 102 are configured by, for example, attaching an insulating film having electrical insulation or applying and solidifying an insulating paste.

一方、導電層103は、図12に示すように、負極端子板96における各主面96a、96bと圧電素子89、90を介してそれぞれ隣り合う正極端子板95、97(の側面)どうしの間を、負極と短絡しないよう絶縁層101の外側から接続(絶縁層越しに接続)する。一方、導電層104は、正極端子板95における各主面95a、95bと圧電素子88、89を介してそれぞれ隣り合う負極端子板94、96(の側面)どうしの間を、正極と短絡しないよう絶縁層102の外側から接続する。これら導電層103、104は、例えば導電性を有するフィルムの貼り付け、又は導電ペーストの塗布及び固化を行うことなどによって構成されている。なお、超音波振動子81本体(前面板82及び裏打板83)のボディアースの利用を前提として、絶縁層102の外側から導電層104により、負極端子板96と圧電素子88本体の負極の電極(電極層)とを接続することで、圧電素子ユニット100の両端の負極端子板94及び負極端子板98を削除してもよい。この場合、部品コストの削減を図ることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 12, the conductive layer 103 is formed between the main surfaces 96a and 96b of the negative electrode terminal plate 96 and the positive electrode terminal plates 95 and 97 (side surfaces) adjacent to each other through the piezoelectric elements 89 and 90, respectively. Are connected from the outside of the insulating layer 101 so as not to be short-circuited with the negative electrode (connected through the insulating layer). On the other hand, the conductive layer 104 is not short-circuited with the positive electrode between the main surfaces 95a and 95b of the positive electrode terminal plate 95 and the negative electrode terminal plates 94 and 96 (side surfaces thereof) adjacent to each other through the piezoelectric elements 88 and 89, respectively. Connection is made from the outside of the insulating layer 102. These conductive layers 103 and 104 are configured, for example, by attaching a conductive film or applying and solidifying a conductive paste. Note that the negative electrode terminal plate 96 and the negative electrode of the piezoelectric element 88 main body are formed by the conductive layer 104 from the outside of the insulating layer 102 on the premise that the body ground of the ultrasonic vibrator 81 main body (front plate 82 and backing plate 83) is used. By connecting (electrode layer), the negative electrode terminal plate 94 and the negative electrode terminal plate 98 at both ends of the piezoelectric element unit 100 may be deleted. In this case, the part cost can be reduced.

また、圧電素子ユニット100は、図12(図9及び図10)に示すように、正極端子板95及び正極端子板97どうしを接続する導電層103に、リード線105が接続されている。リード線105は、芯線105aを被覆層105bで被覆した被覆線で構成される。リード線105の芯線105aの一端部は、はんだなどを固化させた接続部105cを介して導電層103に接続されている。また、図9、図10に示すように、リード線105は、裏打板83の後述する挿入部83aに形成されたリード線引出穴83c内を挿通され、さらに切欠き部83dを介して、(前面板82、裏打板83及び側面板92の内部側から)超音波振動子81の外部に引き出されている。   In the piezoelectric element unit 100, as shown in FIG. 12 (FIGS. 9 and 10), a lead wire 105 is connected to a conductive layer 103 that connects the positive electrode terminal plate 95 and the positive electrode terminal plate 97 to each other. The lead wire 105 is constituted by a covered wire in which a core wire 105a is covered with a covering layer 105b. One end portion of the core wire 105a of the lead wire 105 is connected to the conductive layer 103 via a connection portion 105c obtained by solidifying solder or the like. As shown in FIGS. 9 and 10, the lead wire 105 is inserted into a lead wire lead-out hole 83c formed in an insertion portion 83a (described later) of the backing plate 83, and further, through the notch portion 83d ( It is drawn out of the ultrasonic transducer 81 (from the inside of the front plate 82, the backing plate 83, and the side plate 92).

さらに、図9、図10に示すように、絶縁層101、102及び導電層103、104並びにリード線105の一端部及びその接続部105cを含む圧電素子ユニット100本体と、この圧電素子ユニット100本体が収容される筒状の側面板92の内壁面と、の間には、電気絶縁性を有する短絡防止層99が介在されている。この短絡防止層99の形成方法としては、筒状の側面板92の内壁面に絶縁コートなどをコーティングする方法が例示される。また、これに代えて、正極端子板95、97の側面や導電層103などを含む圧電素子ユニット100の外周面の正極の露出部分全体を、絶縁テープや絶縁ペーストの固化物で覆うことにより、短絡防止層99を形成することも可能である。   Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the piezoelectric element unit 100 main body including the insulating layers 101 and 102, the conductive layers 103 and 104, one end portion of the lead wire 105 and the connection portion 105 c thereof, and the piezoelectric element unit 100 main body A short-circuit prevention layer 99 having electrical insulation is interposed between the inner wall surface of the cylindrical side plate 92 in which the is accommodated. Examples of the method for forming the short-circuit prevention layer 99 include a method of coating the inner wall surface of the cylindrical side plate 92 with an insulating coat or the like. Alternatively, by covering the entire exposed portion of the positive electrode on the outer peripheral surface of the piezoelectric element unit 100 including the side surfaces of the positive electrode terminal plates 95 and 97 and the conductive layer 103 with a solidified product of insulating tape or insulating paste, It is also possible to form the short-circuit prevention layer 99.

次に、本実施形態の超音波振動子81本体の構造、並びに前面板82、裏打板83、側面板92の構造、及びこれらの部材の接合関係について詳述する。
本実施形態の超音波振動子81の全長は、当該超音波振動子81本体の共振周波数の1/2波長、又は3/2波長の長さにほぼ一致するように形成されている(本実施形態では超音波振動子81の全長は例えば31.3mmである)。
Next, the structure of the main body of the ultrasonic transducer 81, the structure of the front plate 82, the backing plate 83, the side plate 92, and the joining relationship of these members will be described in detail.
The total length of the ultrasonic transducer 81 of the present embodiment is formed so as to substantially match the length of 1/2 wavelength or 3/2 wavelength of the resonance frequency of the ultrasonic transducer 81 (this embodiment). In the form, the total length of the ultrasonic transducer 81 is, for example, 31.3 mm).

超音波振動子81の先端側を構成する前面板82は、最先端面(例えば直径5mmの小径部)が振動放射面93として機能する円錐台形部82cと、円錐台形部82cの大径部分(例えば直径10mm)と同径の円柱部82dと、この円柱部82dよりも小径の雄ねじ82bが形成された挿入部82aと、が各々の軸方向(振動軸)に沿って連成されている。上記円柱部82dの後端面(基端面)の近傍は、本実施形態の超音波振動子81のノード位置となる。雄ねじ82bが周面に形成された挿入部82aは、前面板82における基端(後端)部分を構成する。なお、前面板82は、上述した形状に限定されるものではなく、例えば先端側を円柱形状、基端側を円錐台形とした形状のものなどを適用することが可能である。   The front plate 82 that constitutes the distal end side of the ultrasonic transducer 81 includes a truncated cone part 82c in which the most advanced surface (for example, a small diameter part having a diameter of 5 mm) functions as the vibration radiation surface 93, and a large diameter part of the truncated cone part 82c ( For example, a cylindrical portion 82d having the same diameter as the diameter of 10 mm) and an insertion portion 82a in which a male screw 82b having a smaller diameter than the cylindrical portion 82d is formed are coupled along each axial direction (vibration axis). The vicinity of the rear end surface (base end surface) of the cylindrical portion 82d is a node position of the ultrasonic transducer 81 of the present embodiment. The insertion portion 82a in which the male screw 82b is formed on the peripheral surface constitutes a base end (rear end) portion of the front plate 82. The front plate 82 is not limited to the above-described shape, and for example, a plate having a columnar shape on the distal end side and a truncated cone shape on the proximal end side can be applied.

また、このような前面板82、及び裏打板83は、図10に示すように、筒状の側面板92の内側に配置される圧電素子88〜91を挟み込むように、筒状の側面板92の一方及び他方の開口部分92a、92bから各々挿入された態様の挿入部82a、83aをそれぞれ有する。さらに、筒状の側面板92の一方の開口部分92aにおける周縁部92cは、前面板82の挿入部82aにねじ止めされている。つまり、図10(及び図9)に示すように、側面板92における一方の開口部分92aの周縁部92cを含む内壁面には、前面板82の雄ねじ82bと締結される雌ねじ92eが形成されている。   Further, as shown in FIG. 10, the front plate 82 and the backing plate 83 have a cylindrical side plate 92 so as to sandwich the piezoelectric elements 88 to 91 disposed inside the cylindrical side plate 92. The insertion portions 82a and 83a are respectively inserted from the one and other opening portions 92a and 92b. Further, a peripheral edge 92 c in one opening portion 92 a of the cylindrical side plate 92 is screwed to the insertion portion 82 a of the front plate 82. That is, as shown in FIG. 10 (and FIG. 9), on the inner wall surface including the peripheral edge portion 92c of one opening portion 92a in the side plate 92, a female screw 92e to be fastened with the male screw 82b of the front plate 82 is formed. Yes.

一方、図9に示すように、筒状の側面板92の他方の開口部分92bにおける周縁部92dは、裏打板83の挿入部83aにかしめられている。つまり、裏打板83は、図8〜図10に示すように、段付の円柱状の部材として形成されており、その後端側(基端側)が小径の円柱部83fで構成され、また、先端側(前面板82側)が大径の挿入部83aで構成されている。このため、挿入部83aは、円柱部83fとの境界部分にエッジ部(角部)83eを含む段差部分83bを有する。なお、円柱部83fの外形部分には、図10に示すように、上記した切欠き部83dが形成されている。また、挿入部83aには、切欠き部83dの延長上に上記のリード線引出穴83cが穿孔されている。   On the other hand, as shown in FIG. 9, the peripheral edge 92 d of the other opening 92 b of the cylindrical side plate 92 is caulked to the insertion portion 83 a of the backing plate 83. That is, as shown in FIGS. 8 to 10, the backing plate 83 is formed as a stepped columnar member, the rear end side (base end side) is configured by a small-diameter columnar portion 83 f, The distal end side (front plate 82 side) is composed of a large-diameter insertion portion 83a. For this reason, the insertion part 83a has a step part 83b including an edge part (corner part) 83e at a boundary part with the cylindrical part 83f. In addition, as shown in FIG. 10, the above-mentioned notch part 83d is formed in the outer shape part of the cylindrical part 83f. Further, the lead-out hole 83c is formed in the insertion portion 83a on the extension of the notch portion 83d.

これに対して、側面板92の他方の開口部分92bにおける周縁部92dには、図8〜図11に示すように、当該側面板92本体の断面を他の部位よりも薄肉に形成した薄肉部分(側面板92の基端部より軸方向にリブ状に突出する例えば肉厚0.2mmの部位)92fが設けられている。   On the other hand, as shown in FIGS. 8 to 11, the peripheral portion 92 d in the other opening portion 92 b of the side plate 92 has a thin portion in which the cross section of the side plate 92 is thinner than other portions. (For example, a portion having a thickness of 0.2 mm protruding in a rib shape in the axial direction from the base end portion of the side plate 92) is provided.

すなわち、図9に示すように、圧電素子88〜91を有する圧電素子ユニット100が側面板92に包囲(収容)され、かつ前面板82(の挿入部82aの最後端面)と裏打板83(の挿入部83aの最先端面)とにより挟持される圧電素子88〜91が、特定の圧力範囲内に調整された圧力にて加圧される状態で、側面板92の薄肉部分92f(開口部分92bにおける周縁部92d)は、裏打板83のエッジ部83eを含む段差部分83bにかしめられている。具体的には、薄肉部分92fは、図9、図11に示すように、裏打板83における段差部分83bのエッジ部83eを巻き込むようにして、筒状の側面板92の内側(矢印S1方向)に向けて折り曲げられ(塑性変形させられ)ている。   That is, as shown in FIG. 9, the piezoelectric element unit 100 having the piezoelectric elements 88 to 91 is surrounded (accommodated) by the side plate 92, and the front plate 82 (the last end surface of the insertion portion 82 a) and the backing plate 83 ( The thin portions 92f (opening portions 92b) of the side plate 92 in a state where the piezoelectric elements 88 to 91 sandwiched between the insertion portion 83a and the piezoelectric elements 88 to 91 are pressurized with a pressure adjusted within a specific pressure range. The edge portion 92d) is caulked by a step portion 83b including the edge portion 83e of the backing plate 83. Specifically, as shown in FIGS. 9 and 11, the thin-walled portion 92f encloses the edge portion 83e of the stepped portion 83b in the backing plate 83 so as to be inside the cylindrical side plate 92 (in the direction of arrow S1). Is bent (plastically deformed).

ここで、本実施形態では、図9に示すように、前面板82の挿入部82aと側面板92の一方の開口部分92aとの接合構造として、ねじ止めを例示しているが、これに代えて溶接を適用してもよい。また、前面板82と側面板92とは、単一の部材として一体で構成されてたものを用いてもよい。さらに、既述してきたねじ止め構造及びかしめ構造と同様の接合構造を利用し、側面板92の一方の開口部分92aが、前面板82に対してかしめられ、かつ側面板92の他方の開口部分92bが、裏打板83に対してねじ止め(又は溶接)された構造の超音波振動子を構成することも可能である。   Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, screwing is exemplified as a joining structure between the insertion portion 82 a of the front plate 82 and one opening portion 92 a of the side plate 92. Welding may be applied. Further, the front plate 82 and the side plate 92 may be integrally formed as a single member. Further, by utilizing a joint structure similar to the screwing structure and the caulking structure described above, one opening portion 92a of the side plate 92 is caulked with respect to the front plate 82, and the other opening portion of the side plate 92 is provided. It is also possible to configure an ultrasonic vibrator having a structure in which 92b is screwed (or welded) to the backing plate 83.

次に、このような構造を有する超音波振動子81の製造方法を、上記した図8〜図12に加え図13〜図16に基づいて説明する。ここで、図13は、超音波振動子81の製造時に用いるかしめ用補助装置120を分解して示す断面図であり、図14は、図13のかしめ用補助装置120を構成する押圧部材131のB部詳細図である。また、図15は、かしめ用補助装置120を用いたかしめ工程を説明するための断面図であり、図16は、かしめ用補助装置120に要求される位置決め精度について説明するための図である。   Next, a manufacturing method of the ultrasonic transducer 81 having such a structure will be described based on FIGS. 13 to 16 in addition to FIGS. Here, FIG. 13 is an exploded cross-sectional view of the caulking auxiliary device 120 used when manufacturing the ultrasonic transducer 81, and FIG. 14 shows the pressing member 131 constituting the caulking auxiliary device 120 of FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining a caulking process using the caulking auxiliary device 120, and FIG. 16 is a diagram for explaining positioning accuracy required for the caulking auxiliary device 120.

まず、かしめ用補助装置120の構造について説明する。図13〜図15に示すように、かしめ用補助装置120は、ベース部材121と、ガイド部材125と、押圧部材131とで構成される。ベース部材121は、側面板92を裏打板83にかしめるかしめ工程を行う環境の例えば作業台上に設置される。ベース部材121は、段付きの板状の部材として構成されており、円板状の挿入用凸部122を上部に備えている。挿入用凸部122の最上面は、図15に示すように、超音波振動子81の振動放射面93が突き当てられる突き当て面122aとなる。   First, the structure of the caulking auxiliary device 120 will be described. As shown in FIGS. 13 to 15, the caulking auxiliary device 120 includes a base member 121, a guide member 125, and a pressing member 131. The base member 121 is installed on, for example, a work table in an environment where a caulking process is performed by caulking the side plate 92 to the backing plate 83. The base member 121 is configured as a stepped plate-like member, and includes a disk-like insertion convex portion 122 at the top. As shown in FIG. 15, the uppermost surface of the insertion convex portion 122 is an abutting surface 122 a against which the vibration radiation surface 93 of the ultrasonic transducer 81 is abutted.

ガイド部材125は、図13、図15に示すように、筒状に構成されており、中心部分に同軸的に穿孔された小径の側面板位置決め穴126と大径の押圧部材誘導穴127とを有する。側面板位置決め穴126は、超音波振動子81の側面板92の外径部分及びベース部材121の挿入用凸部122の外径部分とそれぞれ嵌合するように形成されている。また、押圧部材誘導穴127は、円筒状に形成された押圧部材131の外径部分と摺動可能な穴径を有し、図15に示すように、かしめ時に矢印P1方向に下降させる押圧部材131の移動を案内(ガイド)する。   As shown in FIGS. 13 and 15, the guide member 125 has a cylindrical shape, and includes a small-diameter side plate positioning hole 126 and a large-diameter pressing member guide hole 127 that are coaxially drilled in the center portion. Have. The side plate positioning hole 126 is formed so as to be fitted to the outer diameter portion of the side plate 92 of the ultrasonic transducer 81 and the outer diameter portion of the insertion convex portion 122 of the base member 121. Further, the pressing member guide hole 127 has a hole diameter that is slidable with the outer diameter portion of the pressing member 131 formed in a cylindrical shape, and is a pressing member that is lowered in the direction of the arrow P1 when caulking as shown in FIG. The movement of 131 is guided (guided).

押圧部材131は、図13〜図15に示すように、リード線105及び裏打板83を挿通させる挿通穴133と、裏打板位置決め穴132と、超音波振動子81の軸方向に対して例えば45°傾斜する押圧用傾斜面135を備えたかしめ用凹部134とを有する。裏打板位置決め穴132は、裏打板83における円柱部83fの外周面と嵌合する。かしめ用凹部134は、図14、図15に示すように、ベース部材121上に搭載されたガイド部材125の側面板位置決め穴126内に超音波振動子81がセットされ、さらに押圧部材誘導穴127内に押圧部材131を挿入した状態において、押圧用傾斜面135と薄肉部分92fとが対向するように構成された円環状の溝部である。   As shown in FIGS. 13 to 15, the pressing member 131 is, for example, 45 with respect to the axial direction of the insertion hole 133 through which the lead wire 105 and the backing plate 83 are inserted, the backing plate positioning hole 132, and the ultrasonic transducer 81. And a caulking recess 134 having a pressing inclined surface 135 that is inclined. The backing plate positioning hole 132 is fitted to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 83 f of the backing plate 83. As shown in FIGS. 14 and 15, the caulking recess 134 has the ultrasonic vibrator 81 set in the side plate positioning hole 126 of the guide member 125 mounted on the base member 121, and the pressing member guide hole 127. In the state where the pressing member 131 is inserted, the pressing inclined surface 135 and the thin portion 92f are annular grooves configured to face each other.

すなわち、図14、図15に示すように、かしめ用補助装置120に超音波振動子81をセットした状態において、押圧用傾斜面135と薄肉部分92f(の最基端部)とが対向し、さらに、押圧部材131を矢印P1方向に下降させた場合、押圧用傾斜面135が薄肉部分92fを筒状の側面板92の内側(矢印S1方向)に折り曲げる方向に押圧力が付与され、かしめが行われる。   That is, as shown in FIGS. 14 and 15, in the state where the ultrasonic vibrator 81 is set in the caulking auxiliary device 120, the pressing inclined surface 135 and the thin-walled portion 92f (the most proximal end portion) face each other, Further, when the pressing member 131 is lowered in the direction of the arrow P1, a pressing force is applied in a direction in which the pressing inclined surface 135 bends the thin portion 92f to the inside of the cylindrical side plate 92 (in the direction of the arrow S1). Done.

ここで、図16中のD1は、押圧部材131を矢印P1方向に下降させた際に、薄肉部分92fが座屈したときのデータを示し、一方、図16中のD2は、押圧部材131を矢印P1方向に下降させた際に、裏打板83における段差部分83bのエッジ部83eを巻き込むようにして、薄肉部分92fが矢印S1方向に適切に折り曲げられたときのデータを示している。なお、図16では、薄肉部分92fの変形過程において、押圧部材131の変位に対する荷重が一時的に緩和されることがわかる。また、座屈が生じる場合には、変位に対する荷重の増加が僅かに大きくなる。   Here, D1 in FIG. 16 indicates data when the thin portion 92f buckles when the pressing member 131 is lowered in the direction of the arrow P1, while D2 in FIG. 16 indicates the pressing member 131. Data is shown when the thin-walled portion 92f is appropriately bent in the direction of the arrow S1 so that the edge portion 83e of the stepped portion 83b of the backing plate 83 is rolled up when lowered in the direction of the arrow P1. In FIG. 16, it can be seen that the load with respect to the displacement of the pressing member 131 is temporarily relieved in the deformation process of the thin portion 92f. In addition, when buckling occurs, the increase in load with respect to the displacement is slightly increased.

さらに詳述すると、かしめ用凹部134の押圧用傾斜面135から外れた湾曲している部位と薄肉部分92f(の最基端部)とが対向した状態で、押圧部材131を矢印P1方向に下降させた場合、薄肉部分92fの座屈が生じてしまう(薄肉部分92fが矢印S1方向に適切に折り曲げられない)ため、所望のかしめ強度を得ることが難しくなる。このような状況を回避できる部品精度で、ベース部材121、ガイド部材125、押圧部材131は、各々形成されている。   More specifically, the pressing member 131 is lowered in the direction of the arrow P1 in a state where the curved portion of the caulking concave portion 134 deviated from the pressing inclined surface 135 and the thin portion 92f (the most proximal end portion thereof) face each other. In this case, buckling of the thin-walled portion 92f occurs (the thin-walled portion 92f is not properly bent in the direction of the arrow S1), so that it is difficult to obtain a desired caulking strength. The base member 121, the guide member 125, and the pressing member 131 are formed with parts accuracy that can avoid such a situation.

次に、上記のかしめ用補助装置120を利用する超音波振動子81の実際の製造方法について説明する。
まず、圧電素子88〜91を備えた図12に示す圧電素子ユニット100(圧電素子88〜91)を両側から挟み込む位置に前面板82及び裏打板83を配置しつつ、これら前面板82及び裏打板83と協働して圧電素子ユニット100を包囲する位置に側面板92を配置する。具体的には、図10に示すように、側面板92の一方の開口部分92aにおける周縁部92cと、一方の開口部分92aから側面板92内に挿入された状態の前面板82の挿入部82aと、をねじ止めする。前面板82にねじ止めされた筒状の側面板92内に他方の開口部分92bから圧電素子ユニット100を挿入(収容)する。この場合において、圧電素子ユニット100を収容する前に、当該圧電素子ユニット100側と側面板92側とを電気的に絶縁する短絡防止層99を予め形成しておく。
Next, an actual manufacturing method of the ultrasonic transducer 81 using the above caulking auxiliary device 120 will be described.
First, while arranging the front plate 82 and the backing plate 83 at positions where the piezoelectric element unit 100 (piezoelectric devices 88 to 91) shown in FIG. A side plate 92 is arranged at a position surrounding the piezoelectric element unit 100 in cooperation with the reference numeral 83. Specifically, as shown in FIG. 10, the peripheral edge 92c in one opening portion 92a of the side plate 92 and the insertion portion 82a of the front plate 82 inserted into the side plate 92 from the one opening portion 92a. And screw. The piezoelectric element unit 100 is inserted (accommodated) into the cylindrical side plate 92 screwed to the front plate 82 from the other opening 92b. In this case, before accommodating the piezoelectric element unit 100, a short-circuit prevention layer 99 that electrically insulates the piezoelectric element unit 100 side from the side plate 92 side is formed in advance.

さらに、筒状の側面板92内に挿入された圧電素子ユニット100を前面板82の挿入部82aとの間で挟み込むように、裏打板83の挿入部83aを他方の開口部分92bから側面板92内に挿入する。この際、圧電素子ユニット100に接続されたリード線105を、裏打板83のリード線引出穴83c及び切欠き部83dを介して外部に引き出す。   Further, the insertion portion 83a of the backing plate 83 is inserted into the side plate 92 from the other opening 92b so that the piezoelectric element unit 100 inserted into the cylindrical side plate 92 is sandwiched between the insertion portion 82a of the front plate 82. Insert inside. At this time, the lead wire 105 connected to the piezoelectric element unit 100 is pulled out through the lead wire drawing hole 83c and the notch 83d of the backing plate 83.

このようにして互いに組み付けられた圧電素子ユニット100、前面板82、裏打板83、側面板92を含む超音波振動子81(の半完成品)を、図15に示すように、かしめ用補助装置120内にセットする。次に、例えば強度試験機(オートグラフ)やプレス機などの圧縮応力を付与可能な装置を用い、押圧部材131を一定速度(例えば0.5mm/min)で矢印P1方向に一軸加圧し、裏打板83における段差部分83bのエッジ部83eを巻き込むようにして、側面板92の薄肉部分92fを矢印S1方向に塑性変形させる(かしめを行う)。   The ultrasonic transducer 81 (a semi-finished product) including the piezoelectric element unit 100, the front plate 82, the backing plate 83, and the side plate 92 assembled to each other in this way is, as shown in FIG. Set within 120. Next, using a device capable of applying a compressive stress such as a strength tester (autograph) or a press, for example, the pressing member 131 is uniaxially pressed in the direction of the arrow P1 at a constant speed (for example, 0.5 mm / min), and the backing is performed. The thin portion 92f of the side plate 92 is plastically deformed (caulked) in the direction of the arrow S1 so as to involve the edge portion 83e of the stepped portion 83b of the plate 83.

また、このようなかしめ工程では、超音波振動を用いた加圧により被かしめ部分(薄肉部分92f)を塑性変形させる超音波かしめを適用している。この超音波かしめによって、押圧力を細分化して効率良く薄肉部分92fに伝達できるので、高いかしめ強度を得ることができる。さらに、かしめ工程では、前面板82、裏打板83から圧電素子88〜91に加わる挟持力を可変(前面板82に対する裏打板83の軸方向の離間距離を可変)させ、これに伴い変動する当該圧電素子からの出力をモニタ(例えば静電容量などを確認)しつつ、前記かしめが行われる。すなわち、予め定めた出力値が圧電素子から得られたときに裏打板83の位置を、その位置に固定するようにかしめを行う。   In such a caulking step, ultrasonic caulking is applied in which the caulking portion (thin wall portion 92f) is plastically deformed by pressurization using ultrasonic vibration. By this ultrasonic caulking, the pressing force can be subdivided and efficiently transmitted to the thin portion 92f, so that a high caulking strength can be obtained. Further, in the caulking step, the clamping force applied to the piezoelectric elements 88 to 91 from the front plate 82 and the backing plate 83 is made variable (the distance in the axial direction of the backing plate 83 with respect to the front plate 82 is made variable), and the variation varies accordingly. The caulking is performed while monitoring the output from the piezoelectric element (for example, confirming the capacitance). That is, caulking is performed so that the position of the backing plate 83 is fixed at that position when a predetermined output value is obtained from the piezoelectric element.

詳述すると、前面板82及び裏打板83側から圧電素子88〜91側へ加える挟持力の可変調整(静電容量の調整)は、超音波振動子81本体から所望の振動特性を得るために行われる。すなわち、超音波振動子81は、主にその構造から物理的に定まる共振周波数があり、この共振周波数に対応した駆動信号を付与した場合に最も効率よく振動するという性質がある。この共振周波数付近における等価回路は、一般に、機械的振動の特性であるコイル分(L)、コンデンサ分(C)による共振成分、及び機械的負荷を表す抵抗分(R)で示される直列共振回路に対し、圧電素子88〜91と正極用、負極用の端子板94〜98とを含む圧電素子ユニット100で構成される制動コンデンサ分(Cd)が、並列に接続されたかたちで表される。   More specifically, the variable adjustment (capacitance adjustment) of the clamping force applied from the front plate 82 and the backing plate 83 side to the piezoelectric elements 88 to 91 is performed in order to obtain desired vibration characteristics from the ultrasonic transducer 81 main body. Done. That is, the ultrasonic transducer 81 has a resonance frequency that is physically determined mainly from its structure, and has the property of vibrating most efficiently when a drive signal corresponding to this resonance frequency is applied. The equivalent circuit in the vicinity of the resonance frequency is generally a series resonance circuit represented by a coil component (L), which is a characteristic of mechanical vibration, a resonance component due to a capacitor component (C), and a resistance component (R) representing a mechanical load. On the other hand, the braking capacitor portion (Cd) composed of the piezoelectric element unit 100 including the piezoelectric elements 88 to 91 and the positive and negative terminal plates 94 to 98 is represented in a connected form.

そこで、本実施形態の超音波振動子1の製法では、前述した共振周波数で超音波振動子1を駆動させるために、超音波振動子1の上記静電容量を表す制動コンデンサ分(Cd)を所定の設計値に合わせ込むためのチューニングとして、圧電素子ユニット100に加わる挟持力の調整を行う。   Therefore, in the method of manufacturing the ultrasonic transducer 1 of the present embodiment, in order to drive the ultrasonic transducer 1 at the above-described resonance frequency, a braking capacitor portion (Cd) representing the capacitance of the ultrasonic transducer 1 is used. As tuning for adjusting to a predetermined design value, the clamping force applied to the piezoelectric element unit 100 is adjusted.

既述したように、本実施形態の超音波振動子81では、前面板82と先に組み付けられた側面板92内に圧電素子ユニット100を収容し、この状態から、圧電素子88〜91にねじり応力などを加えることなく裏打板83を側面板92にかしめて、組み付けを完了させることができる。したがって、超音波振動子81によれば、圧電素子の組み付け時の位置ずれなどを抑制しつつ適切な保持力で圧電素子を組み付けることが可能なので、超音波振動子の振動特性のばらつきを抑えることができる共に、比較的大きな機械的ストレスが圧電素子に加わることなどを抑制することができる。また、本実施形態の超音波振動子81によれば、上記した第1及び第3〜第5の実施形態と異なり、かしめ用のリングなどが不要なので、部品点数の削減及び工程の簡略化を図ることができる。   As described above, in the ultrasonic transducer 81 of the present embodiment, the piezoelectric element unit 100 is housed in the front plate 82 and the side plate 92 previously assembled, and from this state, the piezoelectric elements 88 to 91 are twisted. Assembling can be completed by caulking the backing plate 83 to the side plate 92 without applying stress or the like. Therefore, according to the ultrasonic transducer 81, it is possible to assemble the piezoelectric element with an appropriate holding force while suppressing a positional deviation at the time of assembling the piezoelectric element, so that variation in vibration characteristics of the ultrasonic transducer can be suppressed. It is possible to suppress the application of relatively large mechanical stress to the piezoelectric element. Further, according to the ultrasonic transducer 81 of the present embodiment, unlike the first and third to fifth embodiments described above, a caulking ring or the like is unnecessary, so that the number of parts can be reduced and the process can be simplified. Can be planned.

以上、本発明を各実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述したかしめリングを用いる実施形態では、前面板、裏打板、側面板の構成材料としてチタン合金を例示したが、構成材料としては、ステンレス鋼などを適用することも可能である。また、第6の実施形態を除く、第1〜第5の実施形態では、超音波振動子のノード位置(振動節の位置)については、特に説明しなかったが、超音波振動子全体のうちで機械的強度の低い被かしめ部分がノード位置になるように超音波振動子を構成することが望ましい。   The present invention has been specifically described above with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the embodiment using the caulking ring described above, a titanium alloy is exemplified as the constituent material of the front plate, the backing plate, and the side plate, but stainless steel or the like can also be applied as the constituent material. In the first to fifth embodiments except for the sixth embodiment, the node position (vibration node position) of the ultrasonic transducer has not been particularly described. Therefore, it is desirable to configure the ultrasonic transducer so that the caulking portion with low mechanical strength is at the node position.

本発明の第1の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。The front view which shows the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on the 1st Embodiment of this invention in a partial cross section. 図1の超音波振動子の一部の構成部品を分解して示す図。The figure which decomposes | disassembles and shows the one part component of the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 図1の超音波振動子の製造方法を説明するための図。The figure for demonstrating the manufacturing method of the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。The front view which shows the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention in a partial cross section. 本発明の第3の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。The front view which shows the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention in a partial cross section. 本発明の第4の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。The front view which shows the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on the 4th Embodiment of this invention in a partial cross section. 本発明の第5の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。The front view which shows the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on the 5th Embodiment of this invention in a partial cross section. 本発明の第6の実施形態に係る超音波振動子の分解斜視図。The disassembled perspective view of the ultrasonic transducer | vibrator which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 図8の超音波振動子を一部断面で示す正面図。The front view which shows the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 8 in a partial cross section. 図9の超音波振動子を分解しその一部を断面で示す正面図。The front view which decomposes | disassembles the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 9, and shows the part in a cross section. 図10に示す側面板のA部詳細図。FIG. 11 is a detailed view of part A of the side plate shown in FIG. 10. 図9の超音波振動子に内蔵された圧電素子ユニットを示す断面図。Sectional drawing which shows the piezoelectric element unit incorporated in the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 図9の超音波振動子の製造時に用いるかしめ用補助装置を分解して示す断面図。Sectional drawing which decomposes | disassembles and shows the auxiliary apparatus for crimping used at the time of manufacture of the ultrasonic transducer | vibrator of FIG. 図13のかしめ用補助装置を構成する押圧部材のB部詳細図。FIG. 14 is a detailed view of a B portion of the pressing member constituting the caulking auxiliary device in FIG. 13. 図13のかしめ用補助装置を用いたかしめ工程を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the caulking process using the auxiliary device for caulking of FIG. 図13のかしめ用補助装置に要求される位置決め精度について説明するための図。The figure for demonstrating the positioning precision requested | required of the auxiliary device for crimping of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,31,41,51,71,81…超音波振動子、2,32,42,82…前面板、2a,82a…前面板の挿入部、2b,3b,32b,33b…挿入部の根元部分、3,33,53,83…裏打板、3a,83a…裏打板の挿入部、5,6…かしめリング、7,93…振動放射面、8,9,10,11,88,89,90,91…圧電素子、12,34,92…側面板、12a,12b,92a,92b…開口部分、12c,12d…薄肉部、28,100…圧電素子ユニット、42a,53a…カバー部、72,73…緩衝部材、74…熱収縮チューブ、82b…雄ねじ、83b…段差部分、83e…エッジ部、92c,92d…周縁部、92e…雌ねじ、92f…薄肉部分、99…短絡防止層。   1, 31, 41, 51, 71, 81 ... ultrasonic transducer, 2, 32, 42, 82 ... front plate, 2a, 82a ... front plate insertion portion, 2b, 3b, 32b, 33b ... root of the insertion portion 3, 33, 53, 83 ... backing plate, 3a, 83a ... insertion portion of backing plate, 5, 6 ... caulking ring, 7, 93 ... vibration radiation surface, 8, 9, 10, 11, 88, 89, 90, 91 ... Piezoelectric element, 12, 34, 92 ... Side plate, 12a, 12b, 92a, 92b ... Opening part, 12c, 12d ... Thin wall part, 28, 100 ... Piezoelectric element unit, 42a, 53a ... Cover part, 72 73 ... Buffer member, 74 ... Heat-shrinkable tube, 82b ... Male screw, 83b ... Stepped portion, 83e ... Edge portion, 92c, 92d ... Peripheral portion, 92e ... Female screw, 92f ... Thin-walled portion, 99 ... Short-circuit prevention layer.

Claims (14)

圧電素子と、
前記圧電素子を挟持する一対の挟持部材と、
前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲した状態で前記一対の挟持部材にかしめられたカバー部材と、
を具備し、
前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入された挿入部をそれぞれ有し、
さらに、前記筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部が、前記一対の挟持部材の各挿入部にかしめられている、
とを特徴とする超音波振動子。
A piezoelectric element;
A pair of clamping members for clamping the piezoelectric element;
A cover member that is caulked to said pair of clamping member while surrounding the piezoelectric element in cooperation with the pair of clamping members,
Was immediately Bei,
The cover member is configured in a cylindrical shape, and the pair of sandwiching members are arranged such that one and the other of the cylindrical cover members sandwich the piezoelectric element disposed inside the cylindrical cover member. Each having an insertion portion inserted from each opening portion,
Furthermore, each peripheral part in each opening part of the said cylindrical cover member is crimped to each insertion part of the said pair of clamping member,
Ultrasonic transducer, wherein a call.
前記一対の挟持部材により前記圧電素子が加圧される状態で、前記かしめが行われていることを特徴とする請求項1記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the caulking is performed in a state where the piezoelectric element is pressurized by the pair of clamping members. 前記カバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部は、薄肉部でそれぞれ構成されており、Each peripheral edge portion in each opening portion of the cover member is composed of a thin portion,
前記各開口部分におけるそれぞれの前記薄肉部は、前記一対の挟持部材における前記各挿入部の根元部分にそれぞれかしめられている、Each thin portion in each opening portion is caulked to a base portion of each insertion portion in the pair of clamping members,
ことを特徴とする請求項1又は2記載の超音波振動子。The ultrasonic transducer according to claim 1 or 2, wherein
前記筒状のカバー部材は、当該カバー部材の前記周縁部が挿入される環状の係止部材を通じてかしめられていることを特徴とする請求項3記載の超音波振動子。   4. The ultrasonic transducer according to claim 3, wherein the cylindrical cover member is caulked through an annular locking member into which the peripheral edge portion of the cover member is inserted. 前記カバー部材といずれか一方の前記挟持部材とが単一の部材で構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 4, wherein the cover member and any one of the clamping members are configured as a single member. 少なくとも一方の前記挟持部材に固定され、固定されているこの挟持部材よりも硬度の低い緩衝部材をさらに具備することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の超音波振動子。   The ultrasonic transducer according to claim 1, further comprising a buffer member fixed to at least one of the clamping members and having a hardness lower than that of the fixed clamping member. . 記筒状のカバー部材における前記一方及び他方の開口部分のうちの、前記一方の開口部分周縁部は、
前記一方の挟持部材の挿入部にかしめられていることに代えて、当該一方の挟持部材の挿入部にねじ止め又は溶接されている、
とを特徴とする請求項1、2及び6のうちのいずれか1項に記載の超音波振動子。
Of said one and the other aperture prior Symbol cylindrical cover member, the peripheral edge portion of the opening portion of the one hand,
Instead of being caulked to the insertion part of the one clamping member, it is screwed or welded to the insertion part of the one clamping member ,
Ultrasonic transducer according to any one of claims 1, 2 and 6, characterized and this.
前記他方の挟持部材の挿入部は、段差部分を備え、
前記筒状のカバー部材の前記他方の開口部分における周縁部は、前記段差部分にかしめられている、
ことを特徴とする請求項7記載の超音波振動子。
The insertion portion of the other holding member includes a step portion,
A peripheral edge portion in the other opening portion of the cylindrical cover member is caulked to the stepped portion,
The ultrasonic transducer according to claim 7.
前記一対の挟持部材により挟持される前記圧電素子が、特定の圧力範囲内に調整された圧力にて加圧される状態で、前記かしめが行われていることを特徴とする請求項2ないし8のいずれか1項に記載の超音波振動子。   9. The caulking is performed in a state where the piezoelectric element sandwiched between the pair of sandwiching members is pressurized with a pressure adjusted within a specific pressure range. The ultrasonic transducer according to any one of the above. 圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、
前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、
を有し、
前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入可能な挿入部をそれぞれ備え、
さらに、前記かしめ工程では、前記筒状のカバー部材内にそれぞれ挿入された前記一対の挟持部材の各挿入部に対して、当該筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部をかしめる、
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
A member disposing step of disposing a cover member at a position surrounding the piezoelectric element in cooperation with the pair of sandwiching members while disposing the pair of sandwiching members at positions sandwiching the piezoelectric element from both sides;
And caulking the caulking step of the cover member to the pair of clamping member in a state where the piezoelectric element is pressurized through the pair of clamping members disposed in said member disposing step,
Have
The cover member is configured in a cylindrical shape, and the pair of sandwiching members are arranged such that one and the other of the cylindrical cover members sandwich the piezoelectric element disposed inside the cylindrical cover member. Each has an insertion part that can be inserted from each opening part,
Further, in the caulking step, the respective peripheral edge portions in the respective opening portions of the cylindrical cover member are caulked with respect to the insertion portions of the pair of clamping members respectively inserted into the cylindrical cover member. ,
A method of manufacturing an ultrasonic vibrator.
圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、
前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材の少なくとも一方に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、
を有し、
記カバー部材といずれか一方の前記挟持部材とは、単一の部材で構成されており、
前記かしめ工程では、前記単一の部材で構成された一方の挟持部材における前記カバー部材の構成部分を、他方の挟持部材に対してかしめる、
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
A member disposing step of disposing a cover member at a position surrounding the piezoelectric element in cooperation with the pair of sandwiching members while disposing the pair of sandwiching members at positions sandwiching the piezoelectric element from both sides;
A caulking step of caulking the cover member to at least one of the pair of clamping members in a state where the piezoelectric element is pressurized through the pair of clamping members arranged in the member arranging step;
Have
The front Symbol cover member and one of said clamping member is constituted by a single member,
In the caulking step, caulking the component part of the cover member in one clamping member constituted by the single member with respect to the other clamping member;
Method for producing an ultrasonic oscillator you wherein a.
圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、
前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材の少なくとも一方に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、
を有し、
記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入可能な挿入部をそれぞれ有し、
前記部材配置工程は、
前記カバー部材の前記一方の開口部分における周縁部と、前記一方の開口部分から前記カバー部材内に挿入された状態の一方の前記挟持部材の挿入部と、をねじ止め又は溶接により接合する工程と、
前記一方の挟持部材と接合された前記カバー部材内に、前記他方の開口部分から前記圧電素子を挿入する工程と、
前記カバー部材内に挿入された前記圧電素子を前記一方の挟持部材の挿入部との間で挟み込むように、前記他方の開口部分から、前記他方の挟持部材の挿入部を前記カバー部材内に挿入する工程と、
を有し、
さらに、前記かしめ工程では、前記筒状のカバー部材内に挿入された前記他方の挟持部材の挿入部に対して、前記カバー部材の前記他方の開口部分における周縁部をかしめる、
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
A member disposing step of disposing a cover member at a position surrounding the piezoelectric element in cooperation with the pair of sandwiching members while disposing the pair of sandwiching members at positions sandwiching the piezoelectric element from both sides;
A caulking step of caulking the cover member to at least one of the pair of clamping members in a state where the piezoelectric element is pressurized through the pair of clamping members arranged in the member arranging step;
Have
Before SL cover member, together are configured in a cylindrical shape, the pair of clamping members, one and of said tubular cover member so as to sandwich the piezoelectric elements arranged on the inner side of said tubular cover member Each has an insertion part that can be inserted from the other opening part,
The member arranging step
Joining a peripheral edge portion of the one opening portion of the cover member and an insertion portion of one of the holding members in a state of being inserted into the cover member from the one opening portion by screwing or welding; ,
Inserting the piezoelectric element from the other opening into the cover member joined to the one clamping member;
The insertion part of the other holding member is inserted into the cover member from the other opening so that the piezoelectric element inserted into the cover member is inserted between the insertion part of the one holding member. And a process of
Have
Further, in the caulking step, the peripheral edge portion of the other opening portion of the cover member is caulked against the insertion portion of the other holding member inserted into the cylindrical cover member.
Method for producing an ultrasonic oscillator you wherein a.
前記かしめ工程では、前記一対の挟持部材から前記圧電素子に加わる挟持力を可変させ、これに伴い変動する当該圧電素子からの出力をモニタしつつ、前記かしめが行われることを特徴とする請求項10ないし12のいずれか1項に記載の超音波振動子の製造方法。   The caulking process is characterized in that the caulking force applied to the piezoelectric element from the pair of clamping members is varied, and the caulking is performed while monitoring the output from the piezoelectric element that fluctuates accordingly. The method for manufacturing an ultrasonic transducer according to any one of 10 to 12. 前記かしめ工程では、超音波振動を用いた加圧により被かしめ部分を塑性変形させる超音波かしめを行うことを特徴とする請求項10ないし13のいずれか1項に記載の超音波振動子の製造方法。   14. The ultrasonic transducer according to claim 10, wherein in the caulking step, ultrasonic caulking is performed by plastic deformation of a caulked portion by pressurization using ultrasonic vibration. Method.
JP2008194433A 2007-09-11 2008-07-29 Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP5237010B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008194433A JP5237010B2 (en) 2007-09-11 2008-07-29 Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof
US12/207,539 US7876030B2 (en) 2007-09-11 2008-09-10 Ultrasonic transducer which is either crimped or welded during assembly
EP20080253002 EP2036620B1 (en) 2007-09-11 2008-09-11 Ultrasonic transducer and method of producing the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007235725 2007-09-11
JP2007235725 2007-09-11
JP2008194433A JP5237010B2 (en) 2007-09-11 2008-07-29 Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009082904A JP2009082904A (en) 2009-04-23
JP5237010B2 true JP5237010B2 (en) 2013-07-17

Family

ID=40657072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008194433A Expired - Fee Related JP5237010B2 (en) 2007-09-11 2008-07-29 Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5237010B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101776431B1 (en) * 2015-12-14 2017-09-07 현대자동차주식회사 Washer nozzle for vehicle
US10245064B2 (en) * 2016-07-12 2019-04-02 Ethicon Llc Ultrasonic surgical instrument with piezoelectric central lumen transducer
CN114700544B (en) * 2022-02-23 2023-12-12 重庆大学 Longitudinal torsion coupling three-dimensional ultrasonic knife handle device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH498662A (en) * 1968-11-12 1970-11-15 Erapa Ag Electromechanical ultrasonic energy generator, in particular for welding plastic strips
JPS5115392Y2 (en) * 1971-08-23 1976-04-23
JPS5620061Y2 (en) * 1974-02-13 1981-05-13
JPH04140514A (en) * 1990-09-28 1992-05-14 Mazda Motor Corp Power transmission shaft and manufacture thereof
JPH0538169A (en) * 1991-07-26 1993-02-12 Asmo Co Ltd Oscillation motor
JPH09239317A (en) * 1996-03-05 1997-09-16 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic bounded type ultrasonic horn and its production
JP3709368B2 (en) * 2001-11-07 2005-10-26 オリンパス株式会社 Method and apparatus for producing bolted Langevin vibrator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009082904A (en) 2009-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2036620B1 (en) Ultrasonic transducer and method of producing the same
JP4838781B2 (en) Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof
US7847468B2 (en) Ultrasonic transducer and ultrasonic apparatus having the same
JP5468926B2 (en) Ultrasonic transducer
JP5335310B2 (en) Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof
JP5963603B2 (en) Ultrasonic vibration device, method of manufacturing ultrasonic vibration device, and ultrasonic medical device
JP4900066B2 (en) Manufacturing method of ultrasonic sensor
US7327072B2 (en) Ultrasonic wave oscillator
JP5237010B2 (en) Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof
JP2008085537A (en) Ultrasonic probe
EP3101912B1 (en) Laminated ultrasonic vibration device and ultrasonic medical apparatus
US20160001326A1 (en) Multilayer ultrasound vibration device, production method for multilayer ultrasound vibration device, and ultrasound medical apparatus
JP5374087B2 (en) Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof
JP4727953B2 (en) Ultrasonic vibrator and method for manufacturing ultrasonic vibrator
JP2007264095A (en) Vibration plate and vibration wave driving device
JP2003218417A (en) Piezoelectric/electrostrictive element and device using the same
JP5895985B2 (en) Piezoelectric drive
JP6270505B2 (en) LAMINATED ULTRASONIC VIBRATION DEVICE, METHOD FOR PRODUCING LAMINATED ULTRASONIC VIBRATION DEVICE, AND ULTRASONIC MEDICAL DEVICE
JP2004160081A (en) Hand piece for ultrasonic surgical operation
JPH02206185A (en) Piezoelectric actuator
JP2002026410A (en) Laminated piezoelectric actuator device
JP2020057731A (en) Piezoelectric actuator and piezoelectric driver

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120822

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: 20130305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130328

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5237010

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160405

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

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