JPH10294995A - 防滴型超音波送信器 - Google Patents

防滴型超音波送信器

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JPH10294995A
JPH10294995A JP9103563A JP10356397A JPH10294995A JP H10294995 A JPH10294995 A JP H10294995A JP 9103563 A JP9103563 A JP 9103563A JP 10356397 A JP10356397 A JP 10356397A JP H10294995 A JPH10294995 A JP H10294995A
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drip
piezoelectric body
ultrasonic transmitter
vibrating
proof ultrasonic
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JP9103563A
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Takeshi Yamaguchi
健 山口
Masahiro Takada
雅弘 高田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G—PHYSICS
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波を用いた物体位置検出及び距離計測に
用いられる防滴型超音波送信器において、音圧大出力化
を実現し、容易にかつ低コストにより製造できる防滴型
超音波送信器を提供する。 【解決手段】 超音波周波数の交流電源が入力される圧
電体円板が、一方が閉塞され、他方が開口した円筒形状
を有した金属振動部の閉塞部分の内面に固着されてお
り、前記圧電体の周辺部分に溝が形成されており、金属
振動部の振動振幅を大きくして、音圧出力を増加させて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を利用し
た物体位置検出あるいは距離計測に用いられる防滴型超
音波送信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の防滴型超音波送信器について添付
の図面を参照しつつ説明する。図１２は従来の防滴型超
音波送信器の構造を示す側面断面図である。図１２に示
すように、従来の防滴型超音波送信器は、円板状の圧電
体である圧電体円板１３０が椀状の金属振動部１３１の
内面に固着されており、金属振動部１３１の開口部分を
閉塞するように取り付けられた台座１３２には、２つの
端子ピン１３３、１３４が貫通して設けられている。図
１２に示すように、従来の防滴型超音波送信器には、金
属振動部１３１の側面上部に斜部１３５が形成されてい
る。
【０００３】図１２において、圧電体円板１３０の主面
である上下両面には電極が形成されており、圧電体円板
１３０の上面は金属振動部１３１の内面に固着されて互
いに電気的に接続状態となっている。圧電体円板１３０
が固着された金属振動部１３１は、ステンレス等の剛性
の高い金属材料により形成されている。一方の端子ピン
１３３は金属振動部１３１に電気的に接続されており、
他方の端子ピン１３４は圧電体円板１３０の下面の電極
に電気的に接続されている。これら２つの端子ピン１３
３、１３４に超音波周波数の交流電圧を印加することに
より、圧電体円板１３０が超音波周波数で振動し、この
振動が金属振動部１３１に伝わり、この防滴型超音波送
信器は超音波を出力するよう構成されている。
【０００４】上記のように構成された従来の防滴型超音
波送信器は、圧電体円板１３０が金属振動部１３１及び
台座１３２により囲まれた密閉構造を有している。この
ような密閉構造により、圧電体円板１３０の電極面が外
部から保護されており、防滴型超音波送信器は防滴性能
を有している。図１３は、従来の防滴型超音波送信器に
おける振動変位状態を示す概念図である。防滴型超音波
送信器における音圧出力の大きさは、振動時の金属振動
部１３１の振動部分の排除体積（たわみ空間の占める体
積）の大きさにより決定される。従って、防滴型超音波
送信器の音圧出力を大きくするためには、金属振動部１
３１のたわみ変位量をできるだけ大きくとることが必要
である。
【０００５】以上のように、上記従来の防滴型超音波送
信器において、音圧出力を大きくするために、金属振動
部１３１における圧電体円板１３０が貼り合わされた面
の振動振幅をできるだけ大きくする必要があった。しか
しながら、上記のような従来の防滴型超音波送信器の構
造では、圧電体円板１３０が金属振動部１３１の全体を
振動させなければならないため、圧電体円板１３０が受
ける負荷は大きなものとなっていた。そこで、従来の防
滴型超音波送信器においては、図１３に示したように、
金属振動部１３１の側面上部に斜部１３５を形成するこ
とにより、金属振動部１３１における圧電体円板１３０
との貼り合わせ面の振幅が大きくなるように構成されて
いた。上記のような構成を有する従来の防滴型超音波送
信器は、例えば、金属振動部がプレス成型により形成さ
れており、このように成形された金属振動部に圧電体円
板が貼り合わされて製造されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の防滴型超音波送信器において、さらに音圧
の大出力化を実現しようとする場合には、振動面の面積
をさらに大きくする必要があった。また、大出力を得る
ために上記のような構造体の共振モードで所望の超音波
周波数の振動を得るためには、金属振動部の振動部分の
面積の増加に伴い振動部分の厚みも厚くする必要があっ
た。しかしながら、金属振動部の振動部分の厚みを厚く
すると次のような問題があった。 (1) 振動部分の剛性が高くなり、たわみ変位量を大きく
することができないという問題が生じる； (2) 金属振動部をプレス加工等の簡単で安価な加工手段
で製造できないという問題が生ずる；そして (3) 金属振動部を削り出し加工により一体成型した場合
には、筒型形状の金属振動部へ圧電体を張り合わせるこ
とが困難であり、この張り合わせ工程においてガイドと
なる治具が必要となるという問題が生ずる。 本発明の課題は、上記問題を解決しようとするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
することを目的としてなされたものであり、本発明の防
滴型超音波送信器は、超音波周波数の交流電源が入力さ
れる圧電体と、一方が頂面壁で閉塞され、他方が開口し
た円筒形状を有し、前記圧電体が前記頂面壁の内面に固
着され、前記圧電体の固着周辺部分が前記圧電体の固着
部分に比べて薄く形成された振動筒と、前記振動筒の開
口部分を閉塞する蓋体と、前記蓋体を貫通し、前記圧電
体の電極に電気的に接続された端子と、を具備する。こ
のように、本発明の防滴型超音波送信器は、振動筒にお
ける圧電体を貼りあわせた部分の周辺部分の厚みを圧電
体を貼りあわせた部分より薄く形成しているため、防滴
型超音波送信器の音圧の大出力化が実現できる。
【０００８】また、本発明の防滴型超音波送信器は、超
音波周波数の交流電源が入力される圧電体と、一方が頂
面壁で閉塞され、他方が開口した円筒形状を有し、前記
圧電体が前記頂面壁の内面に形成された凹部に嵌入され
固着されている振動筒と、前記振動筒の開口部分を閉塞
する蓋体と、前記蓋体を貫通し、前記圧電体の電極に電
気的に接続された端子と、を具備する。このように、本
発明の防滴型超音波送信器は、振動筒に圧電体の主面
（電極が形成されている面）と同じ大きさの凹部が形成
されており、この凹部に圧電体を嵌入しているため、圧
電体と振動筒との貼りあわせ作業を容易に行うことがで
きる。
【０００９】また、本発明の防滴型超音波送信器は、前
記振動筒が、前記圧電体を固着した円板状の振動板と、
筒型形状の筒部とにより構成されている。このように、
本発明の防滴型超音波送信器は、振動筒が板状の振動板
と筒型形状の筒部の２つの構成要素により形成されてい
るため、圧電体と振動筒との張り合わせを容易に行うこ
とができ、かつ製造コストを大幅に低減することができ
る。
【００１０】また、本発明の防滴型超音波送信器は、前
記振動筒が、ダイカスト製法で製造された金属ある。こ
のため、本発明によれば、優れた特性を有する防滴型超
音波送信器を容易に大量生産可能であり、防滴型超音波
送信器の製造コストを大幅に低減できる。
【００１１】また、本発明の防滴型超音波送信器は、前
記振動筒が、振動体としてのコーンを取り付けるコーン
結合部及び前記振動筒を囲み超音波反射体としての側壁
部とを備え、前記振動筒がダイカスト製法により製造さ
れる。このため、本発明によれば、さらに大出力でかつ
狭指向性の防滴型超音波送信器を容易にかつ安価に製造
できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
《実施の形態１》以下、本発明の防滴型超音波送信器の
第１の実施の形態について添付の図面を参照しながら説
明する。図１は第１の実施の形態の防滴型超音波送信器
の構成を示す側面断面図である。防滴型超音波送信器は
超音波を用いた物体位置計測装置又は距離計測装置に用
いられ、それらの一部を構成している。図１に示すよう
に、防滴型超音波送信器の振動筒１１は上側が頂面壁で
閉塞され、下側が開口した円筒状に金属、例えばダイカ
ストで形成されている。円板状の圧電体である圧電体円
板１０は、振動筒１１の上側内面１１ｂに固着されてい
る。図１において、圧電体円板１０の主面である上下両
面には電極がそれぞれ形成されており、圧電体円板１０
の上側の電極は振動筒１１に張り付けられ、互いに電気
的に接続状態となっている。振動筒１１の下側の開口部
分は、樹脂製の蓋体である台座１２により閉塞されてい
る。台座１２には２つの端子ピン１３、１４が貫設され
ており、一方の端子ピン１３は振動筒１１に電気的に接
続されており、他方の端子ピン１４は圧電体円板１０の
下側の電極面に電気的に接続されている。
【００１３】ステンレス等の剛性の高い金属材料により
形成されている振動筒１１には、図１に示すように、そ
の上側内面１１ｂに圧電体円板１０が接着されており、
この上側内面の圧電体円板１０の周辺部分には溝１１ａ
が形成されている。このため、振動筒１１は、内部が中
空で一端開放された円柱状の金属振動体となっており、
端子ピン１３、１４に超音波周波数の交流電圧を印加す
ることにより、第１の実施の形態の防滴型超音波送信器
の振動筒１１は超音波周波数で振動し、超音波を出力す
る。
【００１４】前述の図１３に示したように、防滴型超音
波送信器における音圧出力の大きさは、金属振動部の振
動時における排除体積の大きさにより決定される。従っ
て、第１の実施の形態の防滴型超音波送信器において、
音圧出力を大きくするために、振動筒１１の底面円板の
たわみ変位量をできるだけ大きくする必要がある。図２
は、図１に示した防滴型超音波送信器の振動変位状態を
示す図である。図１に示した振動筒１１は、その上側内
面の周辺部に断面が矩形状の溝１１ａが形成されてい
る。このため、振動筒１１における上側内面１１ｂの周
辺部は、その剛性が低下している。この結果、振動筒１
１の上側内面におけるたわみ変位量が増大し、音圧出力
は大きくなる。
【００１５】本発明の他の防滴型超音波送信器の具体的
な構造を図３、図４及び図５に示す。図３、図４及び図
５に示した防滴型超音波送信器は、音圧出力を大きくす
るために、振動筒のたわみ変位量をできるだけ大きくな
るように形成したものである。図３に示した防滴型超音
波送信器は、振動筒１１１の上側内面１１１ｂの圧電体
円板１０の周辺部の溝１１１ａの形状が前述の図１に示
した第１の実施の形態と異なり、その断面形状が鋭角に
なっている。その他の構成は、第１の実施の形態の防滴
型超音波送信器と同じであり、同じ機能、構造を有する
ものには図３において同じ符号を付した。図４に示した
防滴型超音波送信器は、振動筒１１２の上側内面の圧電
体円板１０の周辺部には溝が形成されておらず、圧電体
円板１０の周辺部と対向する振動筒１１２の上側外面１
１２ｂに環状の溝１１２ａが形成されている。その他の
構成は、第１の実施の形態の防滴型超音波送信器と同じ
であり、同じ機能、構造を有するものには図４において
同じ符号を付した。
【００１６】図５に示した防滴型超音波送信器は、振動
筒１１３の上側外面に斜部１１３ａが形成されている。
図５に示すように、振動筒１１３の形状は、斜部１１３
ａの厚みが圧電体円板１０の貼り付け部分の厚みに比べ
て薄く形成されている。その他の構成は、第１の実施の
形態の防滴型超音波送信器と同じであり、同じ機能、構
造を有するものには図５において同じ符号を付した。
【００１７】次に、本発明の他の防滴型超音波送信器の
具体的な使用例を図６に示す。図６は、防滴型超音波送
信器の具体的な使用例を示す側面断面図である。図６に
おいて、前述の第１の実施の形態の防滴型超音波送信器
におけるものと同じ機能、構造を有するものには同じ符
号を付した。図６に示すように、本発明の防滴型超音波
送信器の振動筒１１に円錐状の振動板を有するコーン７
０を取り付けることにより音圧出力をさらに増加させる
ことができる。また、振動筒１１に一方が開口した超音
波反射体７１を装着することによりコーン７０の裏面か
らの超音波出力を反射して大出力かつ狭指向性有する防
滴型超音波送信器を得ることができる。以上のように、
上記実施の形態によれば、振動筒における圧電体円板と
張り合わせた面の周辺部の厚みを中央部より薄く形成す
ることにより、振動筒における振動面の振幅が大きくな
り、小型大出力の防滴型超音波送信器を実現することが
できる。
【００１８】《実施の形態２》以下、本発明の防滴型超
音波送信器の第２の実施の形態について添付の図７を参
照しながら説明する。図７は、第２の実施の形態の防滴
型超音波送信器の構造を示す側面断面図である。図７に
おいて、前述の第１の実施の形態の防滴型超音波送信器
における構成要素と同じ機能、構造を有するものには同
じ符号を付し、その説明は省略する。図７に示すよう
に、第２の実施の形態の防滴型超音波送信器は、振動筒
１１４の上側が閉塞され、下側が開口した円筒状に形成
されている。この振動筒１１４の上側内面には円形の凹
部が形成されている。この凹部に圧電体円板１０が固着
されており、圧電体円板１０の上側の電極が振動筒１１
４に電気的に接続状態となっている。凹部の形状は、圧
電体円板１０が嵌入するように、圧電体円板１０の外形
寸法と同じ大きさの窪みとなっている。振動筒１１４の
下側の開口部分は、樹脂製の台座１２により閉塞されて
いる。台座１２には２つの端子ピン１３、１４が貫通す
るように設けられており、一方の端子ピン１３は振動筒
１１４に電気的に接続されており、他方の端子ピン１４
は圧電体円板１０の下側の電極面に電気的に接続されて
いる。
【００１９】上記構造を有する第２の実施の形態の防滴
型超音波送信器の製造工程における圧電体円板１０と振
動筒１１４との貼りあわせ工程において、接着剤を塗布
した圧電体円板１０が振動筒１１４の上側内面に形成さ
れた凹部にはめ込まれる。このため、第２の実施の形態
の防滴型超音波送信器は、圧電体円板１０を振動筒１１
４の上側内面の所定の位置である中心軸対称に精度高く
貼りあわせることが容易に可能である。
【００２０】《実施の形態３》以下、本発明の防滴型超
音波送信器の第３の実施の形態について添付の図８を参
照しながら説明する。図８は、第３の実施の形態の防滴
型超音波送信器の構造を示す側面断面図である。図８に
おいて、前述の第１の実施の形態の防滴型超音波送信器
における構成要素と同じ機能、構造を有するものには同
じ符号を付し、その説明は省略する。
【００２１】図８に示すように、振動筒９０は、円盤状
の振動板９１及び上側と下側が開口した円筒状の筒型形
状部９２を有しており、振動板９１が筒型形状部９２の
上側開口部を閉塞するように配設されている。圧電体円
板１０は、振動板９１の下面９１ａに固着されており、
圧電体円板１０の上側の電極は振動部９１に張り付けら
れて、互いに電気的に接続状態となっている。筒型形状
部９２の下側開口部は、樹脂製の蓋体である台座１２に
より閉塞されている。台座１２には２つの端子ピン１
３、１４が貫設されており、一方の端子ピン１３は振動
筒９０に電気的に接続されており、他方の端子ピン１４
は圧電体円板１０の下側の電極面に電気的に接続されて
いる。
【００２２】第３の実施の形態の防滴型超音波送信器に
おける振動変位状態は、前述の第１の実施の形態の図２
に示したように、振動板９１のたわみ変位量で示され
る。第３の実施の形態においては、振動筒９０に溝９０
ａが形成されているため、上記溝９０ａの内側では変位
するが、逆に溝９０ａの外側部分では変位量が極めて少
ない。従って振動板９１と筒型形状部９２の接合部に生
ずる内部応力は極めて小さくなり、本発明の第３の実施
の形態における構造は、振動板９１のたわみ変位量に影
響を与えることなく、大きな超音波出力を発生すること
ができる。第３の実施の形態の防滴型超音波送信器は、
圧電体円板１０と振動板９１とを貼りあわせ、次に振動
板９１と筒型形状部９２とを貼りあわせることにより、
製造することができる。このように、第３の実施の形態
の防滴型超音波送信器は、振動筒９０が振動板９１と筒
型形状部９２とにより構成されているため、振動筒９０
を削り出し加工により一体成型により形成する必要がな
く、製造の容易な低価格の防滴型超音波送信器を実現す
ることができる。
【００２３】次に、本発明の防滴型超音波送信器の他の
構造の具体例を説明する。図９は、本発明の他の防滴型
超音波送信器の構造を示す側面断面図である。図９に示
すように、この防滴型超音波送信器は円板状の振動板９
３と、上側と下側が開口した円筒状の筒型形状部９４と
を有しており、筒型形状部９４の上側開口部の端面には
段差９４ａが形成されている。この段差９４ａに振動板
９３が嵌合し、筒型形状部９２の上側開口部が閉塞され
ている。この実施の形態における、その他の構成は、前
述の第３の実施の形態の防滴型超音波送信器と同一であ
る。このように、振動筒９０における接合部分が振動板
９１の振動部分の外側に形成されているため、振動板９
１のたわみ変位による応力が接合部分に影響与えない構
造である。
【００２４】《実施の形態４》本発明の第４の実施の形
態の防滴型超音波送信器について添付の図面を参照しつ
つ説明する。第４の実施の形態における防滴型超音波送
信器は、前述の図１に示した第１の実施の形態の防滴型
超音波送信器と同一であり、第４の実施の形態はその製
造方法を示すものである。第４の実施の形態の防滴型超
音波送信器は、振動筒１１がダイカスト製法により製造
されている。図１０は振動筒１１を形成するための金型
を示す断面図であり、外子と中子とからなっている。図
１０に示すように、金型にアルミニウムダイカスト合金
等の所定の融解金属を注入し鋳造すると、振動筒１１が
一体成型で製造できる。このように鋳造された振動筒１
１に圧電体円板１０を貼りあわせ、圧電体円板１０の電
極表面及び振動筒１１に配線が施されている。このよう
に形成された振動筒１１に台座１２が装着されて、第４
の実施の形態の防滴型超音波送信器は製造される。
【００２５】《実施の形態５》本発明の第５の実施の形
態の防滴型超音波送信器について添付の図面を参照しつ
つ説明する。第５の実施の形態における防滴型超音波送
信器は、前述の図４に示した防滴型超音波送信器のよう
に形成された振動筒に、図６に示したように、コーン７
０と超音波反射体７１とを設けたものであり、第５の実
施の形態はその製造方法について説明する。第５の実施
の形態の防滴型超音波送信器において、振動筒と超音波
反射体はダイカスト製法により製造されている。図１１
は、第５の実施の形態の防滴型超音波送信器を製造する
ために使用する金型の構造を示す断面図であり、図１１
における斜線部は金型を示す。
【００２６】図１１に示す金型は、振動筒形成空間１２
０とコーン取り付け部形成空間１２１と超音波反射体形
成空間１２２とを有している。また、図１１に示す金型
には、前述の図４に示すように振動筒の溝を振動筒の外
面に形成するように、突起１２０ａが設けられている。
このように構成された金型にアルミニウム等の融解金属
を注入し鋳造すると、振動筒、コーン取り付け部及び超
音波反射体を一体成型により形成することができる。そ
して上記一体成型された構造体に圧電体円板を貼りあわ
せ、コーンをコーン取り付け部に取り付けることによ
り、音圧出力が大きく狭指向性の防滴型超音波送信器を
製造することができる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明の防滴型超音波送
信器は、振動筒における圧電体を貼りあわせた部分の周
辺部の厚みを圧電体を貼りあわせた部分より薄く形成し
ているため、防滴型超音波送信器の音圧の大出力化を実
現することが可能となる。また、本発明の防滴型超音波
送信器は、振動筒に圧電体の主面（電極が形成されてい
る面）と同じ大きさの凹部が形成されており、この凹部
に圧電体を嵌入する構成であるため、圧電体と振動筒と
の貼りあわせ作業を容易に行うことができる。また、本
発明の防滴型超音波送信器は、振動筒が板状の振動板と
円筒形状の筒部の２つの構成要素により形成されている
ため、圧電体と振動筒との張り合わせ作業を容易に行う
ことができ、かつ製造コストを大幅に低減することがで
きる。
【００２８】また、本発明の防滴型超音波送信器は、振
動筒等がダイカスト製法により製造されているため、優
れた特性を有する防滴型超音波送信器を容易に大量生産
可能であり、製造コストの大幅な低減が可能である。さ
らに、本発明の防滴型超音波送信器は、振動筒に接続し
たコーン取り付け部及び超音波反射体となる側壁部をダ
イカスト製法により一体成型することにより、さらに大
出力でかつ狭指向性の防滴型超音波送信器を容易にかつ
安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における防滴型超音
波送信器の構成を示す側面断面図である。
【図２】第１の実施の形態の防滴型超音波送信器におけ
る振動変位を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における防滴型超音波送信器
の他の構造の例を示す側面断面図である。
【図４】第１の実施の形態における防滴型超音波送信器
の他の構造の例を示す側面断面図である。
【図５】第１の実施の形態における防滴型超音波送信器
の他の構造の例を示す側面断面図である。
【図６】第１の実施の形態における防滴型超音波送信器
の他の構造の例を示す側面断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における防滴型超音
波送信器の構造を示す側面断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における防滴型超音
波送信器の構成を示す側面断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における防滴型超音
波送信器の他の構成を示す側面断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における振動筒を
形成するための金型を示す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態における振動筒を
形成するための金型を示す断面図である。
【図１２】従来の防滴型超音波送信器の構成を示す側面
断面図である。
【図１３】従来の防滴型超音波送信器における振動変位
を示す図である。
【符号の説明】
１０ 圧電体円板 １１ 振動筒 １１ａ 溝 １２ 台座 １３ 端子ピン １４ 端子ピン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波周波数の交流電源が入力される圧
    電体と、 一方が頂面壁で閉塞され、他方が開口した円筒形状を有
    し、前記圧電体が前記頂面壁の内面に固着され、前記圧
    電体の固着周辺部分が前記圧電体の固着部分に比べて薄
    く形成された振動筒と、 前記振動筒の開口部分を閉塞する蓋体と、 前記蓋体を貫通し、前記圧電体の電極に電気的に接続さ
    れた端子と、を具備することを特徴とする防滴型超音波
    送信器。
  2. 【請求項２】 超音波周波数の交流電源が入力される圧
    電体と、 一方が頂面壁で閉塞され、他方が開口した円筒形状を有
    し、前記圧電体が前記頂面壁の内面に形成された凹部に
    嵌入されて固着されている振動筒と、 前記振動筒の開口部分を閉塞する蓋体と、 前記蓋体を貫通し、前記圧電体の電極に電気的に接続さ
    れた端子と、を具備することを特徴とする防滴型超音波
    送信器。
  3. 【請求項３】 前記振動筒が、前記圧電体を固着した板
    状の振動板と、円筒形状の筒部とにより構成された請求
    項１又は２記載の防滴型超音波送信器。
  4. 【請求項４】 前記振動筒が、ダイカスト製法で製造さ
    れることを特徴とする請求項１又は２記載の防滴型超音
    波送信器。
  5. 【請求項５】 前記振動筒が、振動体としてのコーンを
    取り付けるコーン結合部及び前記振動筒を囲み超音波反
    射体としての側壁部とを備え、前記振動筒がダイカスト
    製法により製造されることを特徴とする請求項１又は２
    記載の防滴型超音波送信器。
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