JP5237010B2 - Ultrasonic vibrator and manufacturing method thereof - Google Patents
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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)。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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
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
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
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
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
As shown in FIG. 2, first, the
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
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
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
[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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
The total length of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
First, while arranging the
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
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
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 (
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
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
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
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.
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
Claims (14)
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、
こ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、
こ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.
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、
前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.
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、
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.
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