KR101368697B1 - 초음파 진동장치 - Google Patents

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켄지 마츠오
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

케이스(31)의 내바닥면에는 장축과 단축을 가지는 거의 장원형의 오목부(40)로 진동 영역(VA)이 형성되어 있다. 오목부(40)의 중앙에 압전 소자(37)가 접착되어 있다. 진동 영역(VA)의 양측에, 진동 영역(VA)에 비해 두께가 두꺼운 진동 억제 영역(SVA)이 배치되어 있다. 케이스(31)의 측부는 전주에 걸쳐 얇게 형성되어 있다. 진동 억제 영역(SVA)의 상부에는 케이스(31)보다 고강성의 보강재(41)가 접착되어 있다. 보강재(41)는 바닥면이 진동 억제 영역(SVA)의 형상과 거의 동등하고, 소정 길이를 가진다. 보강재(41)와 케이스(31)의 내측면의 틈에도 충전재(35)가 충전되어 있다.

Description

초음파 진동장치{ULTRASONIC VIBRATION DEVICE}
본 발명은 초음파를 송수파(送受波)하여 물체를 탐지하는 초음파 센서 등에 사용되는 초음파 진동장치에 관한 것이다.
초음파에 의해 대상물까지의 거리를 측정하는 초음파 센서에 있어서는, 예리한 지향성이 요구된다. 초음파 센서의 지향성을 개선하기 위해, 진동면의 진동 모드를 궁리하는 것이 종래 행해지고 있다.
예를 들면 차재(車載) 백 소나(back sonar)용 초음파 센서로서의 초음파 진동장치가 특허문헌 1, 2에 개시되어 있다. 특허문헌 1, 2의 초음파 진동장치는 모두 유저(有底) 원통상의 케이스에 압전 소자가 접착되어 있고, 케이스의 내부에 배면음(背面音)을 흡수하는 흡음재가 구비되며, 진동을 수속(收束)하기 위해 탄성이 있는 제진재(制振材)가 충전되어 있다.
특허문헌 1의 초음파 진동장치는, 장축과 단축을 가지는 타원형상으로 도려내진 케이스를 사용하여, 케이스 바닥부에 마디가 생기는 진동에 의해, 방사음파의 이방성을 얻도록 구성되어 있다.
도 1은 특허문헌 2에 나타나 있는 초음파 진동장치의 단면도이다. 초음파 진동장치(10)는 유저 통상의 캡체(12)를 포함한다. 캡체(12) 내부의 바닥면부(12a)에 도전성 접착제 등으로 압전 소자(14)가 접착되어 있다. 캡체(12)의 내측에 캡체(12)보다 음향 임피던스가 높은 내부 프레임(16)이 끼워 넣어져 있다. 내부 프레임(16)은 캡체(12)의 단부를 포함하는 측면부(12b)에 밀착하도록 끼워 넣어져 있다. 내부 프레임(16)의 측면에는 관통 구멍(22)이 형성되어 있다. 압전 소자(14) 및 내부 프레임(16)에는 배선재(24a,24b)가 접속되어 있다. 내부 프레임(16)의 내측에는 흡음재(26) 및 제진재(28)가 충전되어 있다. 제진재(28)는 내부 프레임(16)의 관통 구멍(22)을 통해 캡체(12)의 측면부(12a)에 직접 접촉하고 있다.
일본국 공개특허공보 평9-284896호 국제공개 2007/069609호 팜플렛
특허문헌 1의 구성에서는, 케이스 측부의 두께가 거의 타원형상의 단축측에서 두껍고, 장축측에서 얇아지므로, 압전 소자가 벤딩(bending) 진동함으로써 생긴 진동은 케이스 바닥면으로부터 케이스 측벽부의 얇은 측으로 전파한다. 이 전파되는 진동이 탄성이 있는 제진재 등으로 댐핑(damping)됨으로써 잔향(殘響) 시간이 저감된다. 그러나 이 구조에서 실용에 필요한 특성을 얻기 위해서는 케이스 바닥면 즉 음파 방사면측에서 생기는 진동 자체를 댐핑시킬 필요가 있다.
그러나 케이스 바닥면 부근에 진동을 댐핑시키는 부재(예를 들면 충전재 등)를 마련하면, 잔향은 저감할 수 있지만, 동시에 감도가 저하한다는 과제를 안게 된다. 즉, 감도와 잔향은 트레이드 오프의 관계에 있다.
특허문헌 2의 구성에서는, 개구부에 내부 프레임이 형성되기 때문에, 캡체의 바닥면으로부터 캡체의 측벽부에의 진동의 샘이 억제되는데, 실용에 필요한 특성을 얻기 위해서는, 제진재를 내부 프레임의 관통 구멍을 통해 캡체의 측면부에 직접 접촉시켰다고 해도, 충분히 잔향을 억제하는 것이 곤란하다는 것을 알 수 있었다. 또한 내부 프레임에 부분적으로 관통 구멍을 마련하고, 관통 구멍을 충전재로 완전히 덮는 것은 제법상 곤란하다.
그리하여, 본 발명의 목적은 고감도, 저잔향이면서, 저비용화를 도모한 초음파 진동장치를 제공하는 것에 있다.
(1)본 발명의 초음파 진동장치는 유저 원통상의 케이스와, 상기 케이스의 내바닥면에 접착된 압전 소자를 구비하고, 상기 케이스의 내바닥부에, 상기 압전 소자의 접착 위치를 포함하는 진동 영역과, 상기 진동 영역으로부터 외측에 배치되고 상기 진동 영역에 비하여 두께가 두꺼운 진동 억제 영역이 마련되며, 상기 진동 억제 영역상에는 상기 케이스의 내바닥부보다도 강성이 높은 보강재가 배치되어 있고, 상기 케이스의 측부는 두께가 균일하고, 상기 케이스의 내부에 탄성 수지가 충전되어 있다.
(2)상기 탄성 수지는 상기 내바닥부의 둘레 가장자리부에까지 달하고 있는 것이 바람직하다.
(3)상기 탄성 수지는 상기 케이스의 측부와 상기 보강재 사이에까지 달하고 있는 것이 바람직하다.
(4)상기 진동 억제 영역은 상기 진동 영역에 의해 분단되어 있고, 상기 보강재는 분단된 진동 억제 영역을 걸치도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
(5)상기 케이스의 높이를 t0, 상기 진동 억제 영역의 두께를 t1, 상기 보강재의 두께를 t2로 나타내면,
0.67≤t2/t1≤1.5,
0.11≤t1/t0≤0.25,
t1+t2＜t0
의 관계가 성립하도록 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 케이스의 바닥면 부근에 진동 억제 영역 및 이것을 보강하는 보강재가 마련되어 있으므로, 진동 억제 영역에 상당하는 케이스 바닥면 및 케이스 측부의 강성이 높아져, 케이스 바닥면의 진동이 케이스 측부로 전달되는 것을 보다 억제할 수 있으면서, 필요한 초음파를 송파/수파하는 진동면을 형성할 수 있다.
또한 상기와 같은 구성과 함께, 케이스의 측부의 전주(全周)를 얇게 하여 그 강성을 저하시키고, 케이스 내부에 충전재를 충전함으로써, 충전재와 케이스가 직접 접촉하는 영역을 넓게 할 수 있어, 케이스 측부의 진동이 댐핑되기 쉬워진다. 그 때문에, 종래 구조와 같이 케이스 바닥부로의 댐핑을 필요로 하지 않으므로, 종래보다도 음향 성능을 떨어뜨리지 않고 잔향 성능을 얻는 것이 가능해진다.
또한 케이스 전체의 두께 차를 저감할 수 있으므로, 단조(鍛造) 가공 등의 생산성이 높은 공법을 선택할 수 있어 가공 비용을 저감할 수 있다.
도 1은 특허문헌 2에 나타나 있는 초음파 진동장치의 단면도이다.
도 2(A)는 충전재(35)를 충전하기 전의 상태로, 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)의 케이스(31)의 개구면측으로부터 본 평면도이다. 도 2(B)는 초음파 진동장치(101)의 단면도, 도 2(C)는 케이스(31)를 그 개구면측으로부터 본 평면도이다.
도 3(A)는 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)의 잔향 특성을 나타내는 파형도, 도 3(B)는 특허문헌 1에 나타나 있는 구조의 초음파 진동장치의 잔향 특성을 나타내는 파형도이다.
도 4(A)는 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101) 및 특허문헌 1에 나타나 있는 초음파 진동장치의 감도를 나타내는 도면이다. 도 4(B)는 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101) 및 특허문헌 1에 나타나 있는 초음파 진동장치의 잔향 시간을 나타내는 도면이다.
도 5(A)는 보강재(41)의 두께 치수를 t2, 진동 억제 영역의 두께를 t1로 나타냈을 때, 치수비 t2/t1을 변화시켰을 때의 감도의 변화를 나타내는 도면이다. 도 5(B)는 치수비 t2/t1을 변화시켰을 때의 잔향 시간의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6(A)는 케이스(31)의 높이 치수(t0)에 대한 진동 억제 영역의 두께(t1)의 치수비 t1/t0을 변화시켰을 때의 감도의 변화를 나타내는 도면이다. 도 6(B)는 치수비 t1/t0을 변화시켰을 때의 잔향 시간의 변화를 나타내는 도면이다.
도 7(A)는 충전재(35)를 충전하기 전의 상태로, 제2의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(102)의 케이스(31)의 개구면측으로부터 본 평면도이다. 도 7(B)는 초음파 진동장치(102)의 단면도, 도 7(C)는 케이스(31)를 그 개구면측으로부터 본 평면도이다.
도 8(A), 도 8(B), 도 8(C)는 제3의 실시형태에 따른 초음파 진동장치에 사용하는 3종의 보강재의 평면도이다.
<<제1의 실시형태>>
도 2(A)는 충전재(35)를 충전하기 전의 상태로, 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)의 케이스(31)의 개구면측으로부터 본 평면도이다. 도 2(B)는 초음파 진동장치(101)의 단면도, 도 2(C)는 케이스(31)를 그 개구면측으로부터 본 평면도이다.
도 2(B), 도 2(C)에 나타나 있는 바와 같이, 케이스(31)는 유저 원통상의 케이스이다. 케이스(31)의 내바닥면에는 장축과 단축을 가지는 거의 장원형의 오목부(40)가 형성되어 있다. 이 오목부(40)의 중앙(케이스(31)의 내바닥면의 중앙이기도 하다.)에 압전 소자(37)가 접착되어 있다. 케이스(31)의 내바닥면의 거의 장원형의 오목부(40)가 주요한 진동 영역(VA)이다. 그리고, 케이스(31)의 내바닥면의 진동 영역(VA)의 양측에, 진동 영역에 비해 두께가 두꺼운 진동 억제 영역(SVA)이 배치되어 있다. 케이스(31)의 측부는 얇으며, 그 두께는 균일하다. 또한 여기서 말하는 두께가 균일하다는 것은, 완전한 균일을 가리키는 것은 아니며, 거의 균일하면 된다. 이 케이스(31)는 케이스 전체의 두께 차(특히 측부의 두께 차)가 적으므로, 단조 가공 등의 생산성이 높은 공법을 선택할 수 있어 가공 비용을 저감할 수 있다.
도 2(A), 도 2(B)에 나타나 있는 바와 같이, 진동 억제 영역(SVA)의 상부에는 링상의 보강재(41)가 접착 등에 의해 접합되어 있다. 보강재(41)는 바닥면이 진동 억제 영역(SVA)의 폭과 거의 동등하고, 소정 높이를 가진다. 보강재(41)는 케이스(31)보다 강성이 높은 재료로 구성되어 있다. 케이스(31)는 예를 들면 알루미늄이며, 보강재(41)는 아연, 황동, 스테인리스스틸 등이다.
도 2(B)에 나타나 있는 바와 같이, 압전 소자(37)와의 사이에 일정의 틈을 두고, 진동 영역(VA)에 대향하는 위치에 흡음재(36)가 배치되어 있다. 이 흡음재(36)로서는 스폰지, 펠트, 탄성 발포체 등을 사용할 수 있다. 케이스(31)의 내부에는, 예를 들면 실리콘 수지나 우레탄 수지 등의 탄성 수지 재료의 충전재(35)가 충전되어 있다. 보강재(41)는 케이스(31)의 내측면에는 접착되어 있지 않고, 틈이 있기 때문에 그 틈에도 충전재(35)가 충전되어 있다. 따라서, 케이스(31)의 내바닥부의 둘레 가장자리부(내바닥부 부근의 케이스 측부)에까지 충전재가 충전되고, 케이스(31)의 측부의 전주가 충전재(35)로 댐핑된다.
압전 소자(37)의 한쪽 면에 형성되어 있는 전극(도시하지 않음)은 케이스(31)의 내바닥면에 전기적으로 도통하고 있다. 압전 소자(37)의 다른 쪽 면에 형성되어 있는 전극(도시하지 않음)에 배선재(38)가 접속되어 있다. 또한 케이스(31)에 배선재(39)가 접속되어 있다. 이들 배선재(38,39)는 충전재(35)로 충전되어 있는 개소를 통과하여 외부로 인출되어 있다.
이와 같이, 진동 억제 영역(SVA) 및 이것을 보강하는 보강재(41)를 케이스(31)의 내바닥면에 구성한 것에 의해, 진동 억제 영역(SVA)의 강성이 높아, 케이스(31)의 바닥면의 진동이 케이스(31)의 측부로 전달되는 것을 보다 억제할 수 있어, 필요한 초음파를 송파/수파하는 진동면을 형성할 수 있다. 또한 케이스(31)의 측부를 전주에 걸쳐 얇게 하여 그 강성을 저하시켜, 충전재(35)와 케이스(31)가 직접 접촉하는 영역을 크게 한 것에 의해, 충전재(35)에 의한 높은 댐핑 효과가 얻어진다.
케이스(31)의 바닥면측의 강성을 높여, 케이스(31)의 바닥부에서 생기는 진동이 케이스(13)의 측부로 전파하는 것을 최대한 방지하는 동시에, 케이스(31)의 바닥부로부터 케이스(31)의 개구측으로 향하는 케이스(31) 측부의 두께를 최대한 얇게 하는 동시에, 케이스(31)의 측부와 케이스(31)의 내부에 충전된 충전재(35)의 접촉 면적을 최대한 크게 함으로써, 케이스(31)의 측부로 전파한 진동을 효율적으로 댐핑할 수 있는 것을 찾아내었다.
도 3(A)는 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)의 잔향 특성을 나타내는 파형도, 도 3(B)는 특허문헌 1에 나타나 있는 구조의 초음파 진동장치의 잔향 특성을 나타내는 파형도이다. 모두 횡축을 200μs/div, 종축을 5V/div로 나타내고 있다. 또한 모두 송신 시간(Ttx)으로 8파의 버스트파를 송신하여, 압전 소자(37)에 나타나는 전압 파형을 관측한 것이다. 실제로는 송신 종료 직후부터 진폭의 감쇠는 시작되고 있지만, 당분간은 증폭 회로의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 넘고 있으므로, 그동안은 파형이 포화하고 있다.
또한 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)에 대하여, 케이스(31)의 높이 치수를 t0, 진동 억제 영역(SVA)의 두께를 t1, 보강재(41)의 두께 치수를 t2로 했을 때, 각 부의 치수는 다음과 같다.
t0=9mm
t1=1.5mm
t2=1.5mm
t2/t1=1
t1/t0=0.17
도 3(A)와 도 3(B)를 대비하면 명백하듯이, 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)에서는 진폭이 완전히 감쇠하고 있어 잔향이 적다.
도 4(A)는 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101) 및 특허문헌 1에 나타나 있는 초음파 진동장치의 감도를 나타내는 도면이다. 도 4(B)는 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101) 및 특허문헌 1에 나타나 있는 초음파 진동장치의 잔향 시간을 나타내는 도면이다. 모두 샘플수 n은 3개이다.
특허문헌 1에 나타나 있는 종래 구조의 초음파 진동장치의 감도가 약 4.9Vpp인데 비해, 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)의 감도는 약 6.4Vpp로 높다. 또한 특허문헌 1에 나타나 있는 종래 구조의 초음파 진동장치의 잔향 시간이 약 900μs인데 비해, 제1의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(101)의 잔향 시간은 약 720μs로 짧다. 여기서, 잔향 시간은 송신 개시시부터 신호의 포락선(包絡線)이 1V0p(절대치 전압 1V)를 크로스하는 시점까지의 시간이다.
이와 같이, 트레이드 오프의 관계에 있는 감도와 잔향 특성의 양쪽이 동시에 개선된다.
제1의 실시형태에 의하면 다음과 같은 효과를 나타낸다.
케이스(31)의 바닥면의 진동 억제 영역(SVA) 및 이것을 보강하는 보강재(41)를 케이스(31)의 내바닥면에 구성한 것에 의해, 진동 억제 영역(SVA)의 강성이 높아져, 케이스(41)의 바닥면의 진동이 케이스(41)의 측부로 전해지는 것을 보다 억제할 수 있어, 필요한 음파를 송파/수파하는 진동면을 구성할 수 있다. 또한 케이스(31)의 측부의 전주에 걸쳐 얇게 하여, 그 강성을 저하시켜, 충전재(35)와 케이스(31)가 직접 접촉하는 영역을 크게 함으로써, 충전재(35)에 의한 댐핑 효과를 높일 수 있다. 그 결과, 감도를 떨어뜨리지 않고 저잔향 특성이 얻어진다.
또한 본 발명에 있어서 진동 억제 영역(SVA)의 효과를 높이는 보강재(41)는 형상이 단순하기 때문에, 저렴한 프레스 등으로 가공할 수 있으므로 전체적으로 저비용화가 도모된다.
또한 보강재(41)는 케이스(31)의 진동 억제 영역(SVA)에 배치하고, 충전재(35)를 충전함으로써 봉지된다. 이 때문에, 케이스(31)와 보강재(41)가 이온화 경향이 떨어져 있는 이종 금속이어도, 케이스(31)의 진동 억제 영역(SVA)과 보강재(41)의 접합면의 외주는 충전제(35)에 의해 봉지되므로, 케이스(31) 및 보강재(41)의 접합면에 있어서의 부식의 우려는 없다.
또한 케이스(31)의 측부를 얇게 설계할 수 있기 때문에, 케이스(31)의 개구부가 넓어져, 케이스(31) 내부에 예를 들면 신호 처리용의 프리앰프(preamplifier) 기판을 탑재하는 것도 가능해진다.
다음으로, 도 2에 나타낸 각 부의 치수와 초음파 센서로서의 특성의 관계를 나타낸다.
도 5(A)는 보강재(41)의 두께 치수를 t2, 진동 억제 영역(SVA)의 두께를 t1로 나타냈을 때, 치수비 t2/t1을 변화시켰을 때의 감도의 변화를 구한 결과이다. 또한 도 5(B)는 상기 치수비 t2/t1을 변화시켰을 때의 잔향 시간의 변화를 구한 결과이다. 모두 케이스(31)의 높이 치수를 t0으로 나타내면, t1/t0=0.17로 한 경우에 대하여 나타내고 있다.
도 5(A), 도 5(B)로부터 명백하듯이, t2/t1=0.67 이상에서 특허문헌 1보다 감도, 잔향 모두 개선이 확인된다. t2/t1=0.67 부근에서는 특허문헌 2에 대하여 다소 감도가 저하하지만, 실용상 충분한 잔향 특성이 얻어진다. 이로 인해, 종래 기술에 대한 잔향 개선 효과를 얻기 위해서는 t2/t1을 0.67 이상 1.50 이하의 범위가 되도록 구성하는 것이 유효하다.
보강재(41)의 두께(t2)의 업(up)에 의해 케이스 진동 억제 영역(SVA)의 강성이 올라가는데, t2/t1이 1.50을 넘으면, 케이스(31)의 측면에 대한 충전재(탄성 수지)(35)에 의한 잔향 억제 효과가 저하하여 잔향 시간이 길어진다.
또한 t2/t1이 0.67보다도 작으면, 충전재(탄성 수지)(35)에 의한 잔향 억제 효과가 높아지는데, 케이스 진동 억제 효과가 약해져, 진동이 케이스(31)의 측면으로 새는 것에 의해 감도는 저하한다.
도 6(A)는 케이스(31)의 높이 치수(t0)에 대한 진동 억제 영역의 두께(t1)의 치수비 t1/t0을 변화시켰을 때의 감도의 변화를 구한 결과이다. 또한 도 6(B)는 상기 치수비 t1/t0을 변화시켰을 때의 잔향 시간의 변화를 구한 결과이다. 모두 t2/t1=1.0으로 한 경우에 대하여 나타내고 있다.
도 6(A), 도 6(B)로부터 명백하듯이, t1/t0이 0.11 이상 0.25 이하이면, 감도 및 잔향 모두 특허문헌 1 및 특허문헌 2보다도 뛰어난 것을 알 수 있다.
양호한 잔향 특성을 얻기 위해서는 t1/t0이 0.6 이상이면 되는데, 특허문헌 1의 구조의 것보다 높은 감도를 얻기 위해서는 t1/t0이 0.11 이상인 것이 필요하다.
t1/t0이 0.11보다도 작은 경우에는 케이스 진동 억제 효과가 약하고, 진동이 케이스(31)의 측면으로 새는 것에 의해 충전재(탄성 수지)(35)에 의해 잔향은 억제되는데, 동시에 감도도 저하하기 때문이다.
한편, t1/t0이 0.25보다도 큰 경우에는, 충전 재료가 적어 배선재의 보강이 충분하지 않게 될 우려가 있다. 이로 인해, t1/t0을 0.11 이상 0.25 이하의 범위가 되도록 구성하는 것이 유효하다.
또한 t1+t2＜t0의 조건을 만족하는 것에 의해, 케이스(31)의 측부에 충전재(35)가 직접 접촉하는 영역이 확보되어, 케이스 측부의 진동을 댐핑할 수 있다.
<<제2의 실시형태>>
도 7(A)는 충전재(35)를 충전하기 전의 상태에서, 제2의 실시형태에 따른 초음파 진동장치(102)의 케이스(31)의 개구면측으로부터 본 평면도이다. 도 7(B)는 초음파 진동장치(102)의 단면도, 도 7(C)는 케이스(31)를 그 개구면측으로부터 본 평면도이다.
케이스(31)의 구조는 제1의 실시형태에서 도 2에 나타낸 것과 같다. 도 7(C)에 나타나 있는 바와 같이, 케이스(31)의 내바닥면에는 장축과 단축을 가지는 거의 장원형의 오목부(40)가 형성되어 있다. 이 오목부(40)의 중앙에 압전 소자(37)가 접착되어 있다. 케이스(31)의 내바닥면의 거의 장원형의 오목부(40)가 주요한 진동 영역(VA)이다. 그리고, 케이스(31)의 내바닥면의 진동 영역(VA)의 양측에, 진동 영역에 비해 두께가 두꺼운 진동 억제 영역(SVA)이 배치되어 있다. 케이스(31)의 측부는 얇으며, 그 두께는 균일 또는 거의 균일하다.
도 7(B)에 나타나 있는 바와 같이, 진동 억제 영역(SVA)의 상부에는 링상의 보강재(41)가 접착되어 있다. 이들 보강재(41)도 제1의 실시형태에서 도 2에 나타낸 것과 같다.
도 7(B)에 나타나 있는 바와 같이, 압전 소자(37)와의 사이에 일정의 틈을 두고, 진동 영역(VA)에 대향하는 위치에 스폰지, 펠트, 탄성 발포체 등에 의한 흡음재(36)가 배치되어 있다. 이 흡음재(36)의 상면에 중계 기판(43)이 실려 있다. 중계 기판(43)은 내부 배선재(48,49)와 배선재(38,39)를 전기적으로 접속한다. 또한 배선재(38,39)는 리드선이어도 되지만 핀 단자로 형성되어 있어도 된다.
압전 소자(37)의 한쪽 면에 형성되어 있는 전극은 케이스(31)의 내바닥면에 전기적으로 도통하고 있다. 압전 소자(37)의 다른 쪽 면에 형성되어 있는 전극과 중계 기판상의 전극은 내부 배선재(48)로 접속되어 있다. 또한 케이스(31)와 중계 기판상의 전극은 내부 배선재(49)로 접속되어 있다.
케이스(31)의 내부에는 충전재(35)가 충전되어 있다. 보강재(41)는 케이스(31)의 내측면에는 접착되어 있지 않고, 틈이 있기 때문에 그 틈에도 충전재(35)가 충전되어 있다.
이와 같이, 진동 억제 영역(SVA) 및 이것을 보강하는 보강재(41)를 케이스(31)의 내바닥면에 구성한 것에 의해, 진동 억제 영역(SVA)의 강성이 높아, 케이스(31)의 바닥면의 진동이 케이스(31)의 측부로 전해지는 것을 보다 억제할 수 있어, 필요한 초음파를 송파/수파하는 진동면을 형성할 수 있다. 또한 케이스(31)의 측부를 전주에 걸쳐 얇게 하여, 그 강성을 저하시켜, 충전재(35)와 케이스(31)가 직접 접촉하는 영역을 크게 한 것에 의해, 충전재(35)에 의한 높은 댐핑 효과가 얻어진다.
<<제3의 실시형태>>
도 8(A), 도 8(B), 도 8(C)는 제3의 실시형태에 따른 초음파 진동장치에 사용하는 3종의 보강재의 평면도이다.
제1·제2의 실시형태에서는, 링상의 보강재(41)를 마련했지만, 보강재는 2개의 진동 억제 영역(SVA)을 보강하는 구조이면 된다. 예를 들면, 도 8(A)에 나타내는 보강재(51,52)와 같이 보강재는 2체로 분리되어 있어도 된다. 이 경우, 진동 억제 영역(SVA)상에 추(錘)가 되는 보강재가 2개의 진동 억제 영역(SVA)을 걸치는 것에 의해, 보강재가 진동 억제 영역(SVA)과 함께 같이 변위하지 않아, 보강재의 효과를 높일 수 있다. 또한 도 8(B)에 나타내는 보강재(52)와 같이 원판상으로 일체화되어 있어도 된다. 또한 도 8(C)에 나타내는 보강재(53)와 같이, 2개의 진동 억제 영역(SVA)을 보강하는 부분이 부분적으로 연결된 형상이어도 된다.
이와 같이, 보강재가 각 진동 억제 영역(SVA)에 걸치도록 형성된 경우, 진동 억제 영역(SVA)의 진동을 억제할 수 있기 때문에, 보다 필요한 음파를 송파/수파하는 진동면을 구성할 수 있다.
또한 제1·제2의 실시형태에서는, 진동 억제 영역(SVA)은 진동 영역의 양측에 일단씩 마련하고 있는데, 복수단 형성되어 있어도 된다.
또한 도 2(A) 및 도 7(A)에 나타내는 보강재(51)와 같이, 보강재(51)가 개구부를 가지는 링형상이면, 그 개구부를 흡음재(36)의 유지 및 배선재의 통로로서 이용할 수 있다. 마찬가지로, 도 8(C)에 나타내는 보강재(53)와 같이, 보강재가 컷오프부를 가지는 형상이면, 그 컷오프부를 흡음재(36)의 유지 및 배선재의 통로로서 이용할 수 있다.
<<다른 실시형태>>
제1·제2의 실시형태에서는, 진동 억제 영역(SVA)에, 케이스(31)의 내바닥부보다 강성이 높은 보강재(41)를 배치했지만, 케이스(31)의 내바닥부에 두께가 다른 단차부를 더 마련하여, 그 두께가 두꺼운 영역을 진동 억제 영역(SVA)으로 해도 된다.
또한 본 발명의 제1·제2실시형태에서는, 진동 영역(VA)의 형상으로서, 내바닥면의 장축과 단축을 가지는 거의 장원형상을 사용하여 설명했는데, 진동 영역(VA)은 거의 장원형에 한정되지 않고, 거의 타원형상, 거의 직사각형상 등의 장축과 단축을 가지는 형상이나, 거의 원형상이어도 된다.
SVA: 진동 억제 영역 VA: 진동 영역
31: 케이스 35: 충전재
36: 흡음재 37: 압전 소자
38, 39: 배선재 40: 오목부
41: 보강재 43: 중계 기판
48, 49: 내부 배선재 51, 52, 53: 보강재
101, 102: 초음파 진동장치

Claims (5)

  1. 유저(有底) 원통상의 케이스와, 상기 케이스의 내바닥면에 접착된 압전 소자를 구비한 초음파 진동장치에 있어서,
    상기 케이스의 내바닥부에, 상기 압전 소자의 접착 위치를 포함하는 진동 영역과, 상기 진동 영역으로부터 외측에 배치되고 상기 진동 영역에 비해 케이스의 세로 방향 두께가 두꺼운 진동 억제 영역이 마련되며,
    상기 진동 억제 영역상에는 상기 케이스의 내바닥부보다도 강성이 높은 보강재가 배치되어 있고,
    상기 케이스의 측부는 두께가 균일하며,
    상기 케이스의 내부에 탄성 수지가 충전된 것을 특징으로 하는 초음파 진동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 수지는 상기 내바닥부의 둘레 가장자리부에까지 달하고 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄성 수지는 상기 케이스의 측부와 상기 보강재 사이에까지 달하고 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 억제 영역은 상기 진동 영역에 의해 분단되어 있고, 상기 보강재는 분단된 진동 억제 영역을 걸치도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 진동장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스의 높이를 t0, 상기 진동 억제 영역의 케이스의 세로 방향 두께를 t1, 상기 보강재의 케이스의 세로 방향 두께를 t2로 나타내면,
    0.67≤t2/t1≤1.5,
    0.11≤t1/t0≤0.25,
    t1+t2＜t0
    의 관계가 성립되도록 상기 케이스, 상기 진동 억제 영역, 및 상기 보강재가 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 진동장치.
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