WO2016125702A1 - 超音波の送受信素子 - Google Patents

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WO2016125702A1
WO2016125702A1 PCT/JP2016/052672 JP2016052672W WO2016125702A1 WO 2016125702 A1 WO2016125702 A1 WO 2016125702A1 JP 2016052672 W JP2016052672 W JP 2016052672W WO 2016125702 A1 WO2016125702 A1 WO 2016125702A1
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WO
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piezoelectric element
resin
vibration
ultrasonic
reception
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PCT/JP2016/052672
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French (fr)
Inventor
清水潔
蒲原茂樹
奥山直人
金田宏
多田平八郎
Original Assignee
株式会社ダイセル
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transmission / reception element and an ultrasonic transmission / reception apparatus using the same.
  • Piezoelectric elements such as piezoelectric ceramics generate electrical energy when force is applied, and conversely expand and contract when electric energy is applied. For this reason, it is used in various fields using such properties.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-128813 discloses an invention of an ultrasonic sensor including a piezoelectric vibrator and a casing (claim 1).
  • a piezoelectric vibrator made of a circular metal plate and piezoelectric ceramics is used (FIG. 1, paragraph number 0009).
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-88234 discloses an ultrasonic generation device 100 including an ultrasonic generation element 1 in FIGS. 1 and 2.
  • the ultrasonic wave generating element 1 includes a frame 2, a first bimorph type piezoelectric vibrator 3, and a second first bimorph type piezoelectric vibrator 4 (paragraph number 0025).
  • the frame 2 is made of ceramics
  • the first bimorph piezoelectric vibrator 3 is made of a rectangular and flat piezoelectric ceramic 3a
  • the second first bimorph piezoelectric vibrator 4 is a rectangular and flat plate. It is described that it consists of piezoelectric ceramics 4a (paragraph numbers 0026 to 0028). Summary of the Invention
  • the ultrasonic sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-128813 has a problem that its use is limited because it requires a housing and is enlarged, and the piezoelectric vibrator uses a metal plate. Therefore, there is also a problem that rust may be generated when used in a high humidity atmosphere.
  • the ultrasonic wave generating element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-88234 has a problem that its structure is complicated and ceramics are laminated so that it is easily broken and has low durability.
  • the present invention also provides an ultrasonic transmission / reception element capable of reducing the overall size, improving durability, and preventing the occurrence of rust, and an ultrasonic transmission / reception apparatus using the ultrasonic transmission / reception element. Let it be an issue.
  • the planar shape is a plate-like piezoelectric element having a shape selected from a polygon, a circle and an ellipse, and is fixed to the first surface side of the plate-like piezoelectric element.
  • An ultrasonic transmission / reception element having a vibration amplifying unit composed of a molded body having a shape selected from a polygon, a circle and an ellipse, wherein the vibration amplifying unit extends from one side surface to another opposite side surface.
  • An ultrasonic transmission / reception element having one or a plurality of spaces formed so as to penetrate therethrough is provided.
  • the transmitting / receiving element expands and contracts a piezoelectric element in a surface direction (length direction) by applying a voltage, and transmits an ultrasonic wave by amplifying vibration due to the expansion / contraction by a vibration amplifying unit. Functions as a transmitting element.
  • the transmitting / receiving element when receiving an ultrasonic wave, amplifies it by the vibration amplifying means and transmits it as vibration to the piezoelectric element, and expands and contracts the piezoelectric element in the surface direction (length direction). It functions as a receiving element that detects ultrasonic waves by converting it into electrical energy.
  • the transmitting / receiving element according to the first aspect of the present invention Since the transmitting / receiving element according to the first aspect of the present invention has a space portion penetrating in the width direction, it is amplified when transmitting an ultrasonic wave and amplified when receiving an ultrasonic wave. The function of transmitting to the piezoelectric element is enhanced.
  • the ultrasonic transmission / reception element according to the first aspect of the present invention can be used in an ultrasonic transmission / reception apparatus.
  • the transmitting / receiving element according to the first aspect of the present invention can be miniaturized and has high durability.
  • the penetrating space portion may be formed by a concave portion formed from one side surface of the vibration amplifying means portion to the other side surface opposed to the first surface of the piezoelectric element.
  • the penetrating space is formed by penetrating only the vibration amplifying unit from one side to the other side opposite to the first side on the piezoelectric element side of the vibration amplifying unit.
  • the intermediate surface or a position close to the piezoelectric element can be formed.
  • the vibration amplifying unit has a first flat plate portion and a second flat plate portion on both ends in the length direction, and is convex between the first flat plate portion and the second flat plate portion. It can have a part.
  • the planar shape of each of the piezoelectric element and the vibration amplifying unit may be a shape selected from a polygon, a circle and an ellipse excluding a rectangle.
  • the projected area (A1) and the projected area (A2) of the vibration amplifying unit may have a relationship of A1 ⁇ A2.
  • the penetrating space portion may be formed by a concave portion formed from one side surface of the vibration amplifying unit to the other side surface facing the first surface of the piezoelectric element.
  • the penetrating space is formed by penetrating only the vibration amplifying unit from one side to the other side opposite to the first side on the piezoelectric element side of the vibration amplifying unit.
  • the intermediate surface or a position close to the piezoelectric element can be formed.
  • the plate-like piezoelectric element may have a hole penetrating in the thickness direction.
  • the vibration amplifying means can be made of synthetic resin or metal.
  • the vibration amplifying unit may be made of a synthetic resin containing a fibrous filler.
  • the vibration amplifying means may be made of a thermoplastic resin, and the thermoplastic resin may be selected from polyphenylene sulfide (PPS) resin or polyether ether ketone (PEEK) resin.
  • an ultrasonic transmission / reception element having a plate-like piezoelectric element and a resin portion serving as a vibration amplification means fixed to at least one surface of the plate-like piezoelectric element.
  • an ultrasonic transmitting / receiving element in which the resin portion is fixed so as to form an internal space surrounded by the resin portion and the plate-like piezoelectric element, and the internal space is a sealed space. Is done.
  • an ultrasonic transmission / reception element having a plate-like piezoelectric element and a resin portion serving as a vibration amplifying means fixed to at least one surface of the plate-like piezoelectric element.
  • the resin portion is fixed so as to form an internal space surrounded by the resin portion and the plate-like piezoelectric element, and the resin portion has an opening, and the internal space Is provided that communicates with the outside.
  • the transmitting / receiving elements according to the second and third aspects of the present invention are configured to expand and contract a piezoelectric element in a surface direction (length direction) by applying a voltage from an AC power source, and to vibrate vibration caused by the expansion and contraction with a vibration amplifying unit. It functions as a transmitting element that transmits ultrasonic waves by being amplified by the resin part.
  • the transmitting / receiving elements according to the second aspect and the third aspect of the present invention when receiving ultrasonic waves, amplify them by a resin part serving as a vibration amplifying means part and transmit them to the piezoelectric elements. It functions as a receiving element that detects ultrasonic waves by expanding and contracting in the direction) and converting it into electrical energy.
  • the ultrasonic transmission / reception elements according to the second and third aspects of the present invention can be used in an ultrasonic transmission / reception device. Since the transmission / reception elements according to the second and third aspects of the present invention are composed of a combination of a piezoelectric element and a resin, the transmission / reception element can be reduced in size and weight, and there is no risk of rusting and durability. The nature is also high.
  • the resin part may have an annular flat part and a dome part formed inside thereof, and the internal space is formed inside the dome part.
  • the ratio (d2 / d1) between the outer diameter (d1) of the annular flat surface portion and the outer diameter (d2) of the dome portion may be 0.4 to 0.8.
  • the ratio (h1 / d1) of the outer diameter (d1) of the annular flat surface portion to the height (h1) from the first surface of the piezoelectric element at the apex of the dome portion is 0.05 to 0.3. it can.
  • the planar shape of the piezoelectric element and the resin portion may be circular, elliptical, or polygonal, and the projected area of the piezoelectric element ( A1) and the projected area (A2) of the resin part may satisfy A1 ⁇ A2.
  • the piezoelectric element can be composed of a piezoelectric ceramic element, and the resin portion is composed of a polyphenylene sulfide (PPS) resin or a polyether ether ketone (PEEK) resin. Can do.
  • the resin part can contain a fibrous filler.
  • FIG. 1 is a perspective view of the ultrasonic transmission / reception element of the present invention
  • (b) is a front view of (a)
  • (c) is an ultrasonic transmission / reception element of an embodiment different from (a).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the planar shapes of the piezoelectric element and the vibration amplification means.
  • (a) is a perspective view of an ultrasonic transmission / reception element according to another embodiment of the present invention
  • (b) is a front view of (a)
  • (c) is an ultrasonic wave having a different form from (a).
  • (D) is a perspective view of the ultrasonic transmission / reception element of another embodiment different from (a).
  • FIG. 4A is a perspective view of an ultrasonic transmission / reception element which is still another embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a perspective view of an ultrasonic transmission / reception element which is another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 (a) is a perspective view of an ultrasonic transmission / reception element which is still another embodiment of the present invention
  • (b) is a front view of (a).
  • FIG. 6 (a) to (e) are plan views of ultrasonic transmitting / receiving elements according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 are plan views of a piezoelectric element used in an ultrasonic transmitting / receiving element which is still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of an ultrasonic transmission / reception element which is still another embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a perspective view of an ultrasonic transmission / reception element which is another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 (a) is a perspective view of an ultrasonic
  • FIG. 8 is a plan view of ultrasonic transmitting / receiving elements each having a square planar shape, which is still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory view of a measurement method using a test apparatus for testing the performance of the transmitting and receiving elements of the example and the comparative example, (a) is a side view of the test apparatus, and (b) is a view of the test apparatus. Partial plan view, (c) is a partially enlarged view.
  • FIG. 10 is a plan view of the ultrasonic transmitting / receiving element of the present invention. However, a part of the resin portion is cut out and a part of the plate-like piezoelectric element is visible.
  • FIG. 11 (a) is a cross-sectional view in the thickness direction between the XI-XI lines in FIG. 10, and (b) is in the same thickness direction as (a) of the embodiment different from FIG. It is sectional drawing. 12, (a) is a front view of the ultrasonic transmission / reception element of FIG. 10, and (b) is a front view of an ultrasonic transmission / reception element which is an embodiment different from FIG. In FIG. 13, (a) is a cross-sectional view in the thickness direction between XI-XI lines similar to FIG. 10 of the embodiment different from FIG. 10, and (b) is an embodiment different from (a). It is sectional drawing to the same thickness direction. In FIG.
  • FIG. 14 is a plan view of an ultrasonic transmission / reception element according to another embodiment of the present invention, (b) is a sectional view in the thickness direction of (a), and (c) is (a). It is sectional drawing of the thickness direction of different embodiment.
  • FIG. 15 is a front view and a perspective view of the transmitting / receiving element used in the sixth embodiment.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of a reception sensitivity measurement method according to the sixth embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing the measurement results of Example 7.
  • FIG. 18 is a front view and a perspective view of the transmitting and receiving elements used in Examples 8 and 9.
  • the ultrasonic transmission / reception element 1 shown in FIG. 1 includes a plate-like piezoelectric element 10 and a vibration amplification unit 20, and the vibration amplification unit 20 is fixed to the first surface 11 side of the plate-like piezoelectric element 10. Has been.
  • the plate-like piezoelectric element 10 shown in FIG. 1 has a property of contracting in a plane direction (length direction) when an AC voltage is applied.
  • the plate-like piezoelectric element 10 has a rectangular planar shape.
  • the length of the short side is preferably 2 to 15 mm, more preferably 2 to 10 mm, and further preferably 3 to 8 mm.
  • the rectangular shape in the plate-like piezoelectric element 10 is, for example, as shown in FIG. 2A, in which four corners of the rectangle are rounded (however, there may be corners that are not rounded), As shown in Fig. 2 (b), the corners of the four corners of the rectangle are cut with straight lines (however, there may be corners that are not cut with straight lines), as shown in Fig. 2 (c), rounded Also included are those that are mixed with those that are cut along a straight line. Further, in the case where one to four corners of the four corners of the rectangle are rounded, as shown in FIG. 2 (a), the convex shape is rounded, and as shown in FIG. 2 (d). Including concave rounded ones.
  • the piezoelectric element 10 is preferably made of a known piezoelectric ceramic element such as zinc zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate, lead titanate, barium titanate, and more preferably PZT.
  • the piezoelectric element 10 is electrically connected to a power source via a lead wire or a flexible cable (not shown) when in use.
  • the planar shape of the vibration amplification means 20 shown in FIG. 1 is a rectangle.
  • the rectangle in the vibration amplifying unit 20 includes the shape shown in FIGS. 2A to 2D as in the case of the plate-like piezoelectric element 10.
  • the vibration amplifying unit 20 includes a bottom surface 21, a first side surface 22, a second side surface 23 opposite to the first side surface 22 in the width direction, a first end surface 24, and a second end surface 25 opposite to the first end surface 24 in the length direction. have.
  • the vibration amplifying means unit 20 further includes a first leg portion 26 and a second leg portion that are suspended in the same direction on both ends 21a and 21b (first end surface 24, second end surface 25) side in the length direction of the bottom surface 21.
  • a leg 27 is provided.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 1 has a space portion 30 penetrating from the first side surface 22 to the second side surface 23 in order to improve the vibration amplification function in the vibration amplification means portion 20.
  • the space portion 30 is formed by being surrounded by a portion on the bottom surface 21 side of the vibration amplifying means portion 20, a concave portion including the first leg portion 26 and the second leg portion 27, and the first surface 11 of the piezoelectric element.
  • the ultrasonic transmission / reception element 1 may further include a space part penetrating from the first end face 24 to the second end face 25. When these two spaces are formed, the two spaces are connected inside.
  • the ratio of the height (thickness) H of the vibration amplification means 20 and the height H1 of the space 30 is preferably H1 / H of 0.3 to 0.9, more preferably 0.4 to 0.8.
  • the ratio of the length L of the vibration amplifying means 20 and the length L1 of the space 30 is preferably such that L1 / L is 0.3 to 0.9, more preferably 0.4 to 0.8.
  • the first leg portion 26 and the second leg portion 27 are fixed to the first surface 11 of the piezoelectric element 10.
  • the vibration amplifying unit is not fixed to the second surface 12, which is the opposite surface of the first surface 11, but another vibration amplifying unit may be also fixed to the second surface 12 side.
  • the piezoelectric element 10 and the vibration amplifying unit 20 can be integrated by a method of fixing and integrating with an adhesive or a method of fixing and integrating by applying an insert molding method to manufacture an ultrasonic transmission / reception element.
  • FIG. 1C shows an embodiment where the projected area (A1) of the piezoelectric element 10 and the projected area (A2) of the vibration amplification means 20 are A1 ⁇ A2.
  • the piezoelectric element 10 in addition to the first surface 11, side surfaces 10 a and 10 b on both sides in the length direction are also fixed with an adhesive or the like in contact with the vibration amplification means unit 20, and the second surface 12 and the space 30. Except for the portion facing the surface, the vibration amplifying unit 20 is buried.
  • the surface opposite to the bottom surface 21 is a flat surface because the second surface 12 of the piezoelectric element 10 and the vibration amplifying unit 20 are flush with each other.
  • A1 ⁇ A2 by adopting the embodiment of FIG. 1 (c), all the surfaces of the ultrasonic element 1 become flat, so that it is easy to handle and when used in an ultrasonic transmitting / receiving device. However, it can be easily combined with other parts.
  • the vibration amplifying unit 20 is preferably made of synthetic resin (thermoplastic resin, thermosetting resin) or metal. If it is a synthetic resin or metal, durability is excellent compared with ceramics. Furthermore, a synthetic resin is preferable from the viewpoint of weight reduction and rust prevention. By changing the material forming the vibration amplifying unit 20, the resonance frequency can be changed even with the same shape and size.
  • the vibration amplifying unit 20 When the vibration amplifying unit 20 is made of a thermoplastic resin, it can be molded by a method such as injection molding, and when it is made of a thermosetting resin, it is molded in a prepolymer state. It can shape
  • Thermoplastic resins include cyclic olefin resins (such as ethylene-norbornene copolymers), styrene resins (such as syndiotactic polystyrene resins), polyacetal resins (such as polyoxymethylene), polyester resins (polyethylene terephthalate, poly Polyalkylene arylates such as butylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyarylate resins, polyglycolic acid resins, liquid crystalline polyesters, etc.), polycarbonate resins, polyamideimide resins, polyamide resins (aliphatic polyamide resins, aromatic polyamide resins, etc.) , Polyimide resin, polyetherimide resin, polyaryl ketone resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyether sulfone Resins, polyoxybenzoyl ester resin, polybenzimidazole resin, liquid crystal polymer
  • thermosetting resin examples include urea resin, melamine resin, phenol resin, resorcinol resin, epoxy resin, polyurethane, and vinyl urethane.
  • the synthetic resin that constitutes the vibration amplifying unit 20 can contain a known fibrous filler and a known particulate filler.
  • the fibrous filler may or may not be oriented in one direction (may be random).
  • a fibrous filler an inorganic fibrous filler, a metallic fibrous filler, or an organic fibrous filler can be used. These fibrous fillers can be surface-treated with an epoxy compound, an isocyanate compound, a silane compound, a titanate compound, or the like, if necessary.
  • inorganic fibrous fillers include carbon fibers, glass fibers, and ceramic fibers (such as silica fibers, silica / alumina fibers, zirconia fibers, boron nitride fibers, silicon nitride fibers, and potassium titanate fibers).
  • metallic fibrous filler include stainless steel fiber, aluminum fiber, titanium fiber, copper fiber, and brass fiber.
  • organic fibrous fillers include aramid fibers, fluororesin fibers, and acrylic fibers.
  • the particulate filler is in the form of granules or powder shorter than the fiber, and is made of glass beads, talc, kaolin, wollastonite, mica, silica, alumina, diatomaceous earth, clay, gypsum, bengara, graphite, calcium carbonate.
  • Powders such as titanium dioxide, zinc oxide, copper, stainless steel, aluminum hydroxide, dolomite, mica powder, silicon carbide, glass powder, carbon, graphite, barium sulfate, boron nitride, silicon nitride, etc. .
  • the blending amount of the fibrous filler with respect to the synthetic resin is preferably 5 to 60% by mass and more preferably 10 to 50% by mass in the total amount of the synthetic resin and the fibrous filler.
  • the resonance frequency can be increased even in the transmission / reception element using the vibration amplification means 20 having the same shape, the same size, and the same material.
  • the resonance frequency can be increased by blending a filler made of glass and carbon, and the resonance frequency can be lowered by blending a filler made of an organic material.
  • the resonance frequency is increased. Can be lowered or lowered.
  • a device including a transmission / reception element (ultrasonic transmission / reception device) has an optimum frequency (resonance frequency) according to the type (use), but includes the fibrous filler and the particulate filler. It is preferable because the resonance frequency can be controlled by adjusting the amount.
  • a device including a transmission / reception element has the same shape, the same size, and the same material, and a plurality of vibration amplification means in which the content of the fibrous filler or the particulate filler is changed stepwise.
  • a tape made of a composite body integrally formed with a thermoplastic resin in a state where the fibrous filler is oriented in one direction is used.
  • a tape made of a composite body integrally formed with a thermoplastic resin in a state where the fibrous filler is oriented in one direction.
  • examples of such a tape include a carbon fiber tape made of a composite containing carbon fiber and aromatic polyamide resin or aliphatic polyamide resin described in Japanese Patent No. 5592775, and inorganic fiber (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-86548).
  • complex containing the organic fiber and olefin resin as described in 107190 gazette can be used.
  • Tencate UD tape (fiber: carbon, aramid, glass, resin: PPS, PEEK, nylon 6, PEI, HDPE) sold by Sanwa Trading Co., Ltd. can be used.
  • the fibrous filler can be oriented in a desired direction.
  • the vibration amplifying unit 20 is made of a synthetic resin, if necessary, colorants (dyes and pigments), lubricants, stabilizers (antioxidants, ultraviolet absorbers, heat stabilizers, light stabilizers, etc.) ), An antistatic agent, a flame retardant, a flame retardant aid, an anti-blocking agent, and the like.
  • metal aluminum, magnesium, titanium, stainless steel and alloys thereof can be used.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 100 shown in FIG. 3A has a plate-like piezoelectric element 110 and a vibration amplification means 120.
  • the plate-like piezoelectric element 110 shown in FIG. 3 (a) has a rectangular planar shape, which is the same as the plate-like piezoelectric element 10 shown in FIG. 1, and is shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d). Includes shapes.
  • the rectangular shape in the vibration amplifying unit 120 includes the shape shown in FIGS. 2A to 2D as in the case of the plate-like piezoelectric element 10.
  • the vibration amplifying unit 120 includes a first bottom surface 121, a second bottom surface 122 opposite to the first bottom surface 121 in the thickness direction, a first side surface 123, a second side surface 124 opposite to the first side surface 123 in the width direction, and a first side. It has an end face 125 and a second end face 126 opposite to the first end face 125 in the length direction.
  • the vibration amplifying unit 120 may be composed entirely of a single molded body. Further, as shown in FIG. 3C, the vibration amplifying unit 120 is bonded to the first vibration amplifying unit 120a having the same shape as the vibration amplifying unit 20 shown in FIG. 1 and the second vibration amplifying unit 120b having a flat plate shape. It may be integrated with an agent. In FIG. 3C, one vibration amplifying unit 120 is formed from a combination of two members, but may be formed from a combination of three or more members.
  • the vibration amplification means 120 has a second bottom surface 122 fixed to the first surface 111 of the piezoelectric element 110.
  • the vibration amplifying unit is not fixed to the second surface 112 opposite to the first surface 111, but another vibration amplifying unit 120 is also fixed to the second surface 112 side.
  • the piezoelectric element 110 and the vibration amplifying means 120 can be integrated by a method of fixing and integrating with an adhesive or a method of fixing and integrating by applying an insert molding method to manufacture an ultrasonic transmission / reception element.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 100 has a space portion 130 penetrating from the first side surface 123 to the second side surface 124 in order to improve the vibration amplification function in the vibration amplification means portion 120.
  • the space portion 130 is formed only in the vibration amplification means portion 120 and is not in contact with the piezoelectric element as in the transmission / reception element 1 shown in FIG.
  • the space portion 130 is formed at a position equidistant from both the first bottom surface 121 and the second bottom surface 122 of the vibration amplification means portion 120 (intermediate position of height H).
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 100 may further include a space portion penetrating from the first end surface 125 to the second end surface 126 in addition to the space portion 130. When these two spaces are formed, the two spaces are connected inside.
  • the ratio of the height (thickness) H of the vibration amplifying means 120 to the height H2 of the space 130 is preferably H2 / H of 0.2 to 0.8, more preferably 0.3 to 0.7.
  • the ratio of the length L of the vibration amplifying means 120 to the length L2 of the space 130 is preferably L2 / L of 0.3 to 0.9, more preferably 0.4 to 0.8.
  • the vibration amplifying unit 120 is fixed to the entire first surface 111 of the piezoelectric element 110 with an adhesive or the like.
  • FIG. 3D shows an embodiment in which the projected area (A1) of the piezoelectric element 110 and the projected area (A2) of the vibration amplification means 120 are A1 ⁇ A2.
  • the entire first surface 111 and the side surfaces 110 a and 110 b on both sides in the length direction are fixed with an adhesive or the like in contact with the vibration amplifying means 120, and vibration amplification is performed except for the second surface 112. It is in a state of being embedded in the means portion 120.
  • the opposite surface side of the bottom surface 121 is a flat surface because the second surface 112 of the piezoelectric element 110 and the vibration amplifying unit 120 are flush with each other.
  • A1 ⁇ A2 by adopting the embodiment of FIG. 3 (d), all the surfaces of the ultrasonic element 100 become flat, so that it is easy to handle and when used in an ultrasonic transmission / reception device. However, it can be easily combined with other parts.
  • the vibration amplification unit 120 is preferably made of the same synthetic resin or metal as the vibration amplification unit 20. If it is a synthetic resin or metal, durability is excellent compared with ceramics. Furthermore, a synthetic resin is preferable from the viewpoint of weight reduction and rust prevention.
  • the plate-like piezoelectric element 210 shown in FIG. 4 has a rectangular planar shape, is the same as the plate-like piezoelectric element 10 shown in FIG. 1, and has the shapes shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d). Including.
  • the rectangle in the vibration amplifying unit 220 includes the shape of FIGS. 2A to 2D as well as the plate-like piezoelectric element 10.
  • the vibration amplifying unit 220 includes a first bottom surface 221, a second bottom surface 222 opposite to the first bottom surface 221 in the thickness direction, a first side surface 223, a second side surface 224 opposite to the first side surface 223 in the width direction, the first It has an end surface 225 and a second end surface 226 opposite to the first end surface 225 in the length direction.
  • the vibration amplifying unit 220 is entirely formed of one molded body, but may be formed of a combination of a plurality of members as described with reference to FIG.
  • the vibration amplification means 220 has a second bottom surface 222 fixed to the first surface 211 of the piezoelectric element 210.
  • the vibration amplification unit is not fixed to the second surface 212, which is the opposite surface of the first surface 211, but another vibration amplification unit may also be fixed to the second surface 212 side.
  • the piezoelectric element 210 and the vibration amplifying unit 220 can be integrated by a method of fixing and integrating with an adhesive or a method of fixing and integrating using an insert molding method to manufacture an ultrasonic transmission / reception element.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 200 has a space portion 230 penetrating from the first side surface 223 to the second side surface 224 in order to improve the vibration amplification function in the vibration amplification means 220.
  • the space 230 is formed only in the vibration amplifying means 220 and is not in contact with the piezoelectric element as in the transmitting / receiving element 1 shown in FIG.
  • the space 230 has a thickness range from the first surface 221 to the second surface 222 of the vibration amplifying unit 220 that is more than an intermediate position (a position equidistant from both the first bottom surface 221 and the second bottom surface 222). It is formed at a position close to the piezoelectric element 210.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 200 may further include a space portion penetrating from the first end surface 225 to the second end surface 226. When these two spaces are formed, the two spaces are connected inside.
  • the ratio of the height (thickness) H of the vibration amplification means 220 to the height H3 of the space 230 is preferably H3 / H of 0.1 to 0.5, more preferably 0.15 to 0.4.
  • the ratio of the length L of the vibration amplifying means 220 to the length L3 of the space 230 is preferably such that L3 / L is 0.3 to 0.9, more preferably 0.4 to 0.8.
  • the vibration amplifying unit 220 is fixed to the entire surface of the first surface 211 of the piezoelectric element 210 with an adhesive or the like, and the vibration amplifying unit is fixed to the second surface 212 opposite to the first surface 211. It has not been.
  • FIG. 4B shows an embodiment where the projected area (A1) of the piezoelectric element 210 and the projected area (A2) of the vibration amplification means 220 are A1 ⁇ A2.
  • the entire surface of the first surface 211 and the side surfaces 210 a and 210 b on both sides in the lengthwise direction are also fixed by an adhesive or the like in contact with the vibration amplification means 220, and the vibration amplification is performed except for the second surface 212. It is in a state of being embedded in the means part 220.
  • the opposite surface side of the bottom surface 221 is a flat surface because the second surface 212 of the piezoelectric element 210 and the vibration amplifying unit 220 are flush with each other.
  • A1 ⁇ A2 by adopting the embodiment of FIG. 4 (b), all the surfaces of the ultrasonic element 200 are flat, so that the handleability is good and when used in an ultrasonic transmission / reception apparatus. However, it can be easily combined with other parts.
  • the vibration amplification means 220 is preferably made of the same synthetic resin or metal as the vibration amplification means 20. If it is a synthetic resin or metal, durability is excellent compared with ceramics. Furthermore, a synthetic resin is preferable from the viewpoint of weight reduction and rust prevention.
  • An ultrasonic transmission / reception element 300 shown in FIG. 5 includes a plate-like piezoelectric element 310 and a vibration amplification unit 320.
  • a plate-like piezoelectric element 310 shown in FIG. 5 has a rectangular planar shape, and is the same as the plate-like piezoelectric element 10 shown in FIG.
  • the vibration amplifying unit 320 has a first flat plate portion 321 and a second flat plate portion 322 on both ends in the length direction, and further has a convex portion 323 between the first flat plate portion 321 and the second flat plate portion 322. is doing.
  • the convex portion 323 has a flat surface portion 324, and a first inclined surface portion 325a and a second inclined surface portion 325b extending from both end sides of the flat surface portion 324 to the first flat plate portion 321 and the second flat plate portion 322. It is.
  • the first inclined surface portion 325 a is integrated with the first flat plate portion 321, and the second inclined surface portion 325 b is integrated with the second flat plate portion 322.
  • the vibration amplifying unit 320 a part of the first flat plate part 321 on the convex part 323 side and a part of the second flat plate part 322 on the convex part 323 side are fixed to the first surface 311 of the piezoelectric element 310 with an adhesive or the like.
  • the vibration amplification means 320 is not fixed to the second surface 312 which is the opposite surface of the first surface 311.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 300 has a space 330 penetrating in the width direction (rectangular short side direction) in order to improve the vibration amplification function in the vibration amplification means 320.
  • the space part 330 penetrating in the width direction is formed by being sandwiched between the convex part 323 of the vibration amplification means part 320 and the first surface 311 of the piezoelectric element.
  • the ratio of the length L10 of the vibration amplifying means 320 and the height H10 of the convex part 323 including the space 330 is preferably 10 to 20, and more preferably 12 to 18 for L10 / H10.
  • the vibration amplification means 320 is preferably made of the same synthetic resin or metal as the vibration amplification means 20. If it is a synthetic resin or metal, durability is excellent compared with ceramics. Furthermore, a synthetic resin is preferable from the viewpoint of weight reduction and rust prevention.
  • the ultrasonic transmission / reception elements 1, 100, 200, and 300 shown in FIGS. 1 to 4 each have a planar shape of a plate-like piezoelectric element and a vibration amplifying unit other than a rectangle, a circle, and an ellipse. It may be a shape selected from shapes. For example, as shown in FIGS. 6A to 6E, a square, pentagon (regular pentagon), hexagon (regular hexagon), circle, or ellipse may be used. Also in the case of these polygons, the respective corners can have the shapes shown in FIGS. 2 (a) to (d).
  • FIGS. 1 to 4 may have a plate-like piezoelectric element having a through hole in the thickness direction.
  • FIG. 7A shows a piezoelectric element 80A having a rectangular planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through hole 82 in the thickness direction.
  • FIG. 7B shows a piezoelectric element 80B having a square planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through hole 82 in the thickness direction.
  • FIG. 7C shows a piezoelectric element 80 ⁇ / b> C having a regular pentagonal planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through-hole 82 in the thickness direction.
  • FIG. 7A shows a piezoelectric element 80A having a rectangular planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through hole 82 in the thickness direction.
  • FIG. 7B shows a piezoelectric element 80B having a square planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through hole 82 in
  • FIG. 7D shows a piezoelectric element 80D having a regular hexagonal planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through hole 82 in the thickness direction.
  • FIG. 7E shows a piezoelectric element 80E having a circular planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through hole 82 in the thickness direction.
  • FIG. 7F illustrates a piezoelectric element 80F having an elliptical planar shape, and has an outer frame portion 81 and an inner through hole 82 in the thickness direction.
  • the shape of the through hole 82 may not be the same as that of the frame portion 81, but is preferably a circle or an ellipse from the viewpoint of increasing the strength of the piezoelectric element.
  • the width of the frame portion 81 is such a width that the strength of the piezoelectric elements 80A to 80F can be maintained and the vibration amplification means portion can be fixed.
  • the width is such that the first leg 26 and the second leg 27 can be fixed. Since the vibration amplification means is fixed to the piezoelectric elements 80A to 80F, the projected area (A1) of the piezoelectric elements 80A to 80F is the projected area (A1) of the piezoelectric elements 80A to 80F without the through holes 82. It becomes.
  • the ultrasonic transmission / reception element 400A includes a plate-like piezoelectric element 410 and a vibration amplification means 420, and has a space 430A.
  • the ultrasonic transmission / reception element 100 shown in FIG. 4 corresponds to the ultrasonic transmitting / receiving element 200 of FIG.
  • FIG. 8C is a diagram in which the two space portions 430C and 431C are formed in FIG.
  • FIG. 8A corresponds to the ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 in FIG. It is.
  • FIG. 8D is a diagram in which the two space portions 430D and 431D are formed in FIG. 8B.
  • the ultrasonic transmission / reception element 100 of FIG. 3 and the ultrasonic transmission / reception element 200 of FIG. It corresponds to what formed the space part.
  • the operation of the ultrasonic transmitting / receiving element 1 shown in FIG. 1 will be described.
  • an alternating current is applied to the piezoelectric element 10 to apply a voltage
  • the piezoelectric element 10 repeatedly expands and contracts in the plane direction (length direction).
  • the vibration amplification unit 20 vibrates in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1).
  • the vertical vibration is amplified by the space 30 and transmitted as an ultrasonic wave.
  • the vibration amplification means unit 20 receives and vibrates the vibration due to the ultrasonic wave in the vertical direction, and the piezoelectric element 10 receiving the vibration expands and contracts in the length direction. Then, since the piezoelectric element 10 generates electric energy by the expansion and contraction, it is possible to detect ultrasonic waves.
  • the ultrasonic transmission / reception apparatus includes the ultrasonic transmission / reception element described above.
  • the ultrasonic transmission / reception apparatus of the present invention can also be a phased array type ultrasonic transmission / reception apparatus in which a number of the above-described ultrasonic transmission / reception elements are combined. Suitable for sound wave transmitter / receiver. When a phased array type ultrasonic transmitting / receiving apparatus is used, a large number of transmitting / receiving elements 1 can be arranged in parallel.
  • the ultrasonic transmission / reception element 500 includes a plate-like piezoelectric element 510 and a resin part 520 serving as a vibration amplification means part.
  • the plate-like piezoelectric element 510 has a property of expanding and contracting in the plane direction (diameter direction) when an AC voltage is applied.
  • the plate-like piezoelectric element 510 has a circular planar shape, but is not limited to a circular shape, and a shape corresponding to the usage form can be selected. For example, a triangle, a quadrangle, a pentagon, a polygon such as a hexagon, an ellipse, or the like can be selected.
  • the piezoelectric element 510 is preferably made of a known piezoelectric ceramic element such as zinc zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate, lead titanate, barium titanate, and more preferably PZT.
  • the piezoelectric element 510 is electrically connected to a power source via a lead wire or a flexible cable (not shown) during use.
  • the resin portion 520 serving as the vibration amplification means portion includes an annular flat surface portion 521 and a dome portion 522 formed inside the annular flat surface portion 521.
  • the annular flat surface portion 521 of the resin portion 520 serving as the vibration amplification means portion is fixed to the first surface 511 of the plate-like piezoelectric element 510.
  • An internal space 515 is formed between the first surface 511 and the dome portion 522.
  • the dome portion 522 has a hemispherical shape
  • the apex portion of the dome portion 522 is a flat surface 522a.
  • FIG. 12 (a) shows an embodiment in which the internal space 515 of the dome portion 522 is a sealed space (according to the second side surface).
  • FIG. 12B shows an embodiment (third side surface) in which the dome portion 522 has an opening 523 and the internal space 515 of the dome portion 522 is not sealed and communicates with the outside. Yes.
  • One or more openings 523 may be formed.
  • the resin portion 620 serving as the vibration amplification means portion has a circular substrate portion 621 and a dome portion 622 formed on the circular substrate portion 621. is doing.
  • the entire surface of the circular substrate portion 621 of the resin portion 620 serving as the vibration amplification means portion is fixed to the first surface 611 of the plate-like piezoelectric element 610.
  • An internal space 615 is formed between the circular substrate portion 621 and the dome portion 622.
  • the dome portion 622 has a hemispherical shape
  • the apex portion of the dome portion 622 is a flat surface 622a.
  • the transmitter / receiver element 600 of the embodiment shown in FIGS. 13A and 13B may have a sealed internal space 515 as shown in FIG. 12A (according to the second side surface). As shown in FIG. 12B, it may be one having an internal space 515 having an opening 523 (according to the third side surface).
  • the resin portions 520 and 620 serving as the vibration amplification means shown in FIG. 10 to FIG. 13 can be selected in a shape corresponding to the use state in addition to a circular shape.
  • it can be selected from a polygon such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, and a hexagon, an ellipse, and an indeterminate shape, but preferably has the same shape as the plate-like piezoelectric elements 510 and 610.
  • the ratio (d12 / d11) between the outer diameter d11 of the annular flat surface portion 521 of the resin portion 520 and the outer diameter d12 of the dome portion 522 of the resin portion 520 shown in FIGS. 10 to 12 is the transmission / reception performance of the ultrasonic transmission / reception element 500. From the viewpoint of increasing the ratio, 0.4 to 0.8 is preferable, and 0.5 to 0.7 is more preferable. The same applies to the resin portion 620 shown in FIG.
  • the ratio (h11 / d11) between the outer diameter d11 of the annular flat surface portion 521 of the resin portion 520 shown in FIGS. 10 to 12 and the height h11 of the top of the dome portion 522 of the resin portion 520 from the first surface 511 of the piezoelectric element. ) Is preferably 0.05 to 0.3, more preferably 0.1 to 0.2, from the viewpoint of improving the transmission / reception performance of the ultrasonic transmission / reception element 500.
  • the thickness of the plate-like piezoelectric element 510 varies depending on the size of the ultrasonic transmitting / receiving element 500, but the outer diameter (plate-like) of the ultrasonic transmitting / receiving element 500 is different.
  • the outer diameter of the piezoelectric element 510 and the resin part 520 are different.
  • d11 is 10 mm
  • 0.5 to 3 mm is preferable.
  • 0.5 to 1.5 mm is more preferable.
  • the thickness of the resin portion 520 (annular flat surface portion 521) varies depending on the size of the ultrasonic transmitting / receiving element 500, but the outer diameter ( When the outer diameter d11 of the plate-like piezoelectric element 510 and the resin portion 520 is 10 mm, 0.5 to 3 mm is preferable, and 0.5 to 1.5 mm is more preferable. The same applies to the ultrasonic transmission / reception element 600 shown in FIG.
  • the thickness of the plate-like piezoelectric element 510 and the thickness of the resin portion 520 (annular flat portion 521) are preferably the same or approximate. .
  • the thickness of the ultrasonic transmitting / receiving element 500 (the total thickness of the plate-like piezoelectric element 510 and the annular flat surface portion 521) t11, and the outside of the ultrasonic transmitting / receiving element 500 are shown.
  • the outer diameter of the plate-like piezoelectric element 510 and the outer diameter of the resin part 520, which is larger) d11 0.05 to 0.3 is preferable, and 0.1 to 0.2 is more preferable.
  • the same resin as described above with respect to the first aspect of the present invention can be used.
  • the synthetic resin constituting the resin parts 520 and 620 can be blended with the same known fibrous or granular filler as described above with respect to the first aspect of the present invention.
  • the blending amount of the fibrous or granular filler with respect to the synthetic resin is preferably 5 to 60% by mass and more preferably 10 to 50% by mass in the total amount of the synthetic resin and the filler.
  • a tape can be manufactured in the same manner using the same tape as described above with respect to the first aspect of the present invention.
  • a tape a plurality of tapes are arranged and bonded together in the same direction, and then cut into a circular shape in the thickness direction. Alternatively, after a plurality of tapes are stacked and pasted at different angles, they are cut into a circular shape in the thickness direction.
  • the synthetic resins constituting the resin parts 520 and 620 may further include colorants (dyes and pigments), lubricants, stabilizers (antioxidants, ultraviolet absorbers, heat stabilizers, light stabilizers, etc.), Antistatic agents, flame retardants, flame retardant aids, anti-blocking agents and the like can be blended.
  • the ultrasonic transmitting / receiving element 500 shown in FIGS. 10 to 12 uses a known thermoplastic resin adhesive, thermosetting resin adhesive, the first surface 511 of the piezoelectric element 510, injection molding, and the like. It can be manufactured by bonding the annular flat surface portion 521 of the resin portion 520 obtained by the above method. Further, in the ultrasonic transmitting / receiving element 500 shown in FIGS. 10 to 12, the annular portion of the resin portion 520 is provided on each of the second surface 512 opposite to the first surface 511 of the plate-like piezoelectric element 510 in FIG. The thing to which the plane part 521 was fixed is also included. The same applies to the ultrasonic transmission / reception element 600 shown in FIG.
  • the operation of the ultrasonic transmitting / receiving element 500 shown in FIGS. 10 to 12 will be described.
  • the piezoelectric element 510 When an alternating current is applied to the piezoelectric element 510 and a voltage is applied, the piezoelectric element 510 repeatedly expands and contracts in the plane direction (diameter direction). Resin portion 520 vibrates in the thickness direction (vertical direction) in response to vibration caused by expansion and contraction of piezoelectric element 510 in the diameter direction. The vertical vibration is amplified by the dome 522 and transmitted as an ultrasonic wave.
  • the resin portion 520 (dome portion 522) receives vibrations from the ultrasonic waves and vibrates in the vertical direction, and the piezoelectric element 510 receiving the vibrations expands and contracts in the diameter direction. Thereafter, the piezoelectric element 510 generates electrical energy due to the expansion and contraction, so that ultrasonic waves can be detected.
  • Embodiments of ultrasonic transmitting / receiving elements according to the second and third aspects of the present invention which are different from the ultrasonic transmitting / receiving element 1 of FIGS. 10 to 13, will be described with reference to FIG.
  • the transmitting / receiving elements 700 and 800 shown in FIG. 14 have the same material, d22 / d21, h21 / d21, t21 / d21, and A22 / A21 except for the planar shape, and are the same as the transmitting / receiving element 500 shown in FIGS. is there.
  • t21 is the thickness of the ultrasonic transmitting / receiving element 700 (the total thickness of the plate-like piezoelectric element 710 and the annular flat portion 721).
  • d21 is the length of the long side, and in the embodiment in which the planar shape is a pentagon or more polygon, d21 is the length of the maximum diameter (maximum diagonal line), and the planar shape is an elliptical embodiment. Then, d21 is the length of the major axis.
  • 14A and 14B is the same as the transmitting and receiving element 700 shown in FIGS. 10 and 11 except that the planar shape is different.
  • 14 (a) and 14 (b) includes a plate-like piezoelectric element 710 and a resin portion 720 serving as a vibration amplifying means, and the plate-like piezoelectric element 710 and the resin portion. 720 has a square planar shape.
  • the resin part 720 has a rectangular annular plane part 721 and a rectangular dome part 722 formed inside the annular plane part 721.
  • annular flat surface portion 721 of the resin portion 720 is fixed to the first surface 711 of the plate-like piezoelectric element 710, and the first surface 711 and the dome are fixed.
  • An internal space 715 is formed between the portions 722.
  • FIGS. 14A and 14B show an embodiment in which the internal space 715 of the dome portion 722 is a sealed space (according to the second side surface). However, as shown in FIG. May have an opening, and the internal space 715 of the dome portion 722 is not sealed, and may be the embodiment (by the third side surface) communicated with the outside.
  • the resin portion 820 has a substrate portion (square substrate portion) 821 and a dome portion 822 formed on the substrate portion 821.
  • the entire surface of the substrate portion 821 of the resin portion 820 is fixed to the first surface 811 of the plate-like piezoelectric element 810, and between the substrate portion 821 and the dome portion 822.
  • An internal space 815 is formed.
  • the transmission / reception element 800 of the embodiment shown in FIG. 14 (c) may have a sealed internal space as shown in FIG. 12 (a), or an opening as shown in FIG. 12 (b). It may have an internal space.
  • the transmitting / receiving elements 700 and 800 shown in FIGS. 14A to 14C operate in the same manner as the transmitting / receiving element 500 shown in FIGS.
  • the transmitting / receiving elements according to the second and third aspects of the present invention are composed of a combination of a piezoelectric element and a resin portion, compared to those using metal as in JP-A-2004-128814, The size and weight can be reduced, there is no problem of rusting, and there is electrical insulation. Furthermore, the durability is higher than that using ceramics disclosed in JP2013-88234A.
  • the transceiver elements according to the second and third aspects of the present invention are suitable for use in a high-humidity atmosphere or in a state where electrical insulation is required, and additionally contains acids and alkalis. It is also suitable for use in applications where ultrasonic waves are transmitted in situations where metals are corroded, such as underwater, where active gas is ejected, including active volcanoes.
  • the ultrasonic transmission / reception apparatus includes the above-described ultrasonic transmission / reception element.
  • the ultrasonic transmission / reception apparatus according to the second aspect and the third aspect of the present invention can also be a phased array type ultrasonic transmission / reception apparatus in which a large number of the above-described ultrasonic transmission / reception elements are combined.
  • a large number of transmission / reception elements are formed so as to form a honeycomb.
  • an ultrasonic transmission / reception element having a rectangular shape for example, a large number of transmission / reception elements can be arranged in parallel.
  • an ultrasonic transmission / reception element having a quadrangular (preferably rectangular) planar shape is used, a large number of transmission / reception elements can be arranged in parallel.
  • Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 Transceiver elements made of the materials and shapes shown in Table 1 were manufactured. In each example, the piezoelectric element is the same (PZT; Fuji Ceramics C213).
  • Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 Vertical (length) 17 mm, horizontal (width) 5 mm, thickness 0.5 mm
  • Example 4 Vertical (length) 17 mm, horizontal (width) 10 mm, thickness 0.5 mm
  • Example 3 (FIG.
  • the vibration amplification means was obtained by injection molding.
  • the vibration amplifying unit of Example 5 was manufactured by cutting an aluminum (A5052) plate.
  • the piezoelectric element and the vibration amplification means were bonded with the same amount of “Araldite Standard” manufactured by Huntsman Japan.
  • the sound pressure was measured with the apparatus shown in FIGS. 9A and 9B using the transmitting and receiving elements of the example and the comparative example.
  • the electrode to which the lead wire was connected was soldered to the piezoelectric element (PZT).
  • the first fixed base 50 and the second fixed base 51 were placed on the flat floor surface 40, the transmitting / receiving element 1 was fixed to the first fixed base 50, and the microphone 60 was fixed to the second fixed base 51.
  • the transmission / reception element 1 was placed so that the length direction of the transmission / reception element 1 was in the vertical direction of FIG.
  • the distance between the transmitting / receiving element 1 and the microphone 60 was 1 m, and both were fixed at a height of 1 m from the floor surface 40. It was confirmed in advance that there was no acoustic reflection from the floor surface 40.
  • the ultrasonic wave transmitted when the transmitting / receiving element 1 was energized was measured by the microphone 60 as sound pressure.
  • Example 4 With the center O of the element 1 being fixed, the position is changed by 10 ° from the position along the axis Y in FIG. 9C to the position along the axis Z, and + 60 ° to ⁇ 60. Measurements were also made at a total of 13 positions up to 0 °.
  • PPS / CF 30% indicates that composed of 70% by mass of PPS and 30% by mass of CF (carbon fiber).
  • CF is not oriented and is contained in a random state.
  • the projected areas are flat areas in Examples 1 to 3 (FIGS. 1, 3 and 4) and Comparative Example 1, and Examples 4 and 5 (FIG. 5) are the first inclined surface portion 325a and the second inclined surface portion. 325b also indicates an area when viewed in a plane.
  • the frequency indicates a resonance frequency for each element. The resonance frequency varies depending on the shape and size of the element.
  • Example 6 (reception sensitivity), comparative example 2
  • the transmitting / receiving element 1 having the same through-hole as in FIG. 4 was used as the receiving side element 1A and the transmitting side element 1B.
  • Transceiver element Piezoelectric element: Fuji Ceramic C213 (length 17 mm, width 5 mm, thickness 0.5 mm)
  • Vibration amplifying means dimension shown in FIG. 15 (PPS / CF30%)
  • Comparative Example 2 instead of the receiving side element 1A, a commercially available receiving element (PR40-18N of Nippon Ceramic Co., Ltd.) was used as the receiving side element.
  • the receiving side element 1A and the transmitting side element 1B were arranged on a horizontal table so that the respective vibration amplification means sections face each other.
  • the ultrasonic wave transmitted from the transmission side element 1B was received and measured by the reception side element 1A.
  • Transmission from the transmission side element 1B was performed by applying a periodic voltage of 40 kHz having a transmission intensity of 130 dB with an ultrasonic microphone placed 30 cm from the piezoelectric element side of the transmission side element 1B.
  • the reception voltage when the distance between the reception-side element 1A and the transmission-side element 1B was changed between 10 cm and 100 cm was detected with an oscilloscope, and the reception sensitivity was evaluated. The results are shown in Table 3.
  • Example 6 In Example 6 and Comparative Example 2, the reception sensitivity of Example 6 was high regardless of the distance. In Example 6, the rate of decrease in sensitivity when the distance was 10 cm was also small.
  • Example 7 (Directivity) Using the same transmitting / receiving element as in Example 6, the sound pressure was measured in the same manner as in Example 4 using the apparatus shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). However, the transmission / reception element was placed so that the length direction of the transmission / reception element was perpendicular to the vertical direction in FIG. 9, the distance from the microphone 60 was 30 cm, and was changed by 10 ° from + 90 ° to ⁇ 90 °. . The results are shown in FIG. FIG. 17 shows the change in sound pressure when the sound pressure at the front (angle 0 °) is 0 dB.
  • Examples 8 to 11 (resonance frequency control)
  • the same transmission / reception element as that of Example 6 was used with the vibration amplification means having the dimensions shown in FIG. 9A, the frequency with the highest sound pressure when an AC voltage having a frequency of 10 to 60 kHz was applied to the transmitting / receiving element was measured as the resonance frequency.
  • the transmission / reception element was placed so that the length direction of the transmission / reception element was perpendicular to the vertical direction in FIG. 9, and the distance between the transmission / reception element and the microphone 60 was 30 cm. The results are shown in Table 4.
  • the resonant frequency could be changed by changing the material even for the same shape and the same size of transmitting and receiving elements. From this result, it was confirmed that the resonance frequency could be controlled by changing the material.
  • Examples 12-16 The transmission / reception element shown in FIG. 8D was used, and the transmission / reception element having the shape and dimensions shown in FIG.
  • Transceiver element Piezoelectric element: Fuji Ceramic C213 (length 17 mm, width 5 mm, thickness 0.5 mm)
  • Vibration amplifying means having dimensions shown in FIG.
  • the frequency with the highest sound pressure when an AC voltage having a frequency of 10 to 100 kHz was applied to the transmitting / receiving element was measured as the resonance frequency.
  • the distance between the transmitting / receiving element and the microphone 60 was 30 cm.
  • the sound pressure (dB) when a high voltage was applied at the resonance frequency was measured. The results are shown in Table 5.
  • the resonance frequency could be changed by changing the material, and the maximum sound pressure could be changed.
  • Example 17 and Comparative Example 3 Transmitting / receiving elements (FIG. 11) made of the materials shown in Table 6 were manufactured.
  • Example 17 and Comparative Example 3 have the same shape and the same size except that the materials are different.
  • the resin part of Example 17 was obtained by injection molding.
  • the piezoelectric element and resin portion (PPS) of Example 17 and the piezoelectric element and aluminum of Comparative Example 3 were all bonded with the same amount of “Araldite Standard” manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.
  • the first fixed base 50 and the second fixed base 51 were placed on the flat floor surface 40, the transmitting / receiving element 500 was fixed to the first fixed base 50, and the microphone 60 was fixed to the second fixed base 51.
  • the distance between the transmitting / receiving element 500 and the microphone 60 was 1 m, and both were fixed at a height of 1 m from the floor surface 40. It was confirmed in advance that there was no acoustic reflection from the floor surface 40.
  • the ultrasonic wave transmitted when the transmitting / receiving element 500 was energized was measured with the microphone 60 as sound pressure.
  • Example 17 the resonance frequency was confirmed after soldering an electrode having a lead wire connected to a piezoelectric element (PZT), and the resonance point was confirmed at 39 kHz and 61 kHz.
  • the maximum point of sound pressure was 1.08 Pa, and the current and voltage at that time were 51 mA and 11 V.
  • the voltage was gradually applied at 61kHz, and the maximum point of sound pressure was 0.08Pa, and the current and voltage at that time were 40 mA, 15V.
  • Comparative Example 3 confirmed the resonance point at 34 kHz and 98 kHz after confirming the resonance frequency after soldering the electrode with the lead wire connected to the piezoelectric element (PZT).
  • a voltage was gradually applied at 34 kHz, the maximum point of sound pressure was 0.03 Pa, and the current and voltage at that time were 25 mA and 12 V.
  • a voltage was gradually applied at 98 kHz, the maximum point of sound pressure was 0.08 Pa, and the current and voltage at that time were 128 mA, 15V.
  • Comparative Example 3 compared to Example 17, high sound pressure was not obtained at any frequency.
  • the difference in resonance point between the transmitting and receiving elements of Example 17 and Comparative Example 3 is due to the difference in constituent materials between Example 17 (PPS) and Comparative Example 3 (aluminum).
  • the ultrasonic transmission / reception element and the ultrasonic transmission / reception apparatus using the ultrasonic transmission / reception element of the present invention can be used as means for measuring an accurate distance to the object to be measured.
  • sensors for crime prevention obstacle detection sensors for automobiles, obstacles and distance detection sensors such as automatic traveling carts (robot carts), drones, various types of human detection sensors such as sensors for automatic hand washing machines, automatic door sensors, etc.
  • Automobile detection sensor for level crossings sensors for parking lot management systems, sensors for collision prevention for golf carts, vehicle collision prevention sensors for monorails, obstacle detection sensors for helicopters, and unmanned drug application to fruit trees
  • Sensors spot cooler human tracking sensors, object detection sensors on conveyors, bather safety monitoring sensors, human monitoring sensors in nursing and welfare facilities, human safety monitoring sensors in freezers, sauna baths, etc.
  • Detection sensor paper double feed detection sensor in copier and paper Is it can be used for the sensor.

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Abstract

　平面形状が多角形、円形および楕円形から選ばれる形状である板状の圧電素子と、前記板状の圧電素子の第１面側に固定された、平面形状が多角形、円形および楕円形から選ばれる形状の成形体からなる振動増幅手段部を有する超音波の送受信素子であって、前記振動増幅手段部が、一側面から対向する他の側面まで貫通して形成された１または複数の空間部を有しているものである、超音波の送受信素子。

Description

超音波の送受信素子
　本発明は、超音波の送受信素子とそれを使用した超音波の送受信装置に関する。
背景技術
　圧電セラミックスなどの圧電素子は、力を加えると電気エネルギーを発生させ、反対に電気エネルギーを加えると伸縮して力を発生させる。このため、このような性質を利用して、様々な分野で使用されている。
　特開２００４－１２８８１３号公報には、圧電振動子と筐体からなる超音波センサの発明が記載されている（請求項１）。圧電振動子は、円形の金属板と圧電セラミックスからなるものが使用されている（図１、段落番号０００９）。
　特開２０１３－８８２３４号公報には、超音波発生素子１を備えた超音波発生デバイス100が図１、図２に示されている。超音波発生素子１は、枠体２、第１のバイモルフ型圧電振動子３、第２の第１のバイモルフ型圧電振動子４を備えている（段落番号００２５）。枠体２は、セラミックスからなり、第１のバイモルフ型圧電振動子３は、矩形で平板状の圧電セラミックス３ａからなり、第２の第１のバイモルフ型圧電振動子４は、矩形で平板状の圧電セラミックス４ａからなることが記載されている（段落番号００２６～００２８）。
発明の概要
　特開２００４－１２８８１３号公報に記載の超音波センサは、筐体が必要であることから大型化するため、使用が制限されるという問題があり、圧電振動子は金属板を使用していることから、高湿度雰囲気で使用すると錆が発生するおそれがあるという問題もある。また特開２０１３－８８２３４号公報に記載の超音波発生素子は、構造が複雑であることと、セラミックスを積層したものであることから割れやすく、耐久性が劣るという問題がある。
　本発明は、全体を小型化することができ、耐久性も高めることができる超音波の送受信素子と、それを使用した超音波の送受信装置を提供することを課題とする。また本発明は、全体を小型化することができ、耐久性も高めることができ、さらに錆の発生も防止できる超音波の送受信素子と、それを使用した超音波の送受信装置を提供することを課題とする。
　本発明の第１の側面によれば、平面形状が多角形、円形および楕円形から選ばれる形状である板状の圧電素子と、前記板状の圧電素子の第１面側に固定された、平面形状が多角形、円形および楕円形から選ばれる形状の成形体からなる振動増幅手段部を有する超音波の送受信素子であって、前記振動増幅手段部が、一側面から対向する他の側面まで貫通して形成された１または複数の空間部を有しているものである、超音波の送受信素子が提供される。
　本発明の第１の側面による送受信素子は、電圧を印加することで圧電素子を面方向（長さ方向）に伸縮させ、その伸縮による振動を振動増幅手段部で増幅することで超音波を発信する送信素子として機能する。また本発明の第１の側面による送受信素子は、超音波を受信したとき、振動増幅手段部で増幅して圧電素子に振動として伝達し、圧電素子を面方向（長さ方向）に伸縮させて電気エネルギーに変換することで超音波を検知する受信素子として機能する。
　本発明の第１の側面による送受信素子は、幅方向に貫通した空間部を有するものであることから、超音波を送信するときは増幅して送信し、超音波を受信するときは増幅して圧電素子に伝達する機能が高められている。本発明の第１の側面による超音波の送受信素子は、超音波の送受信装置に使用することができる。本発明の第１の側面による送受信素子は、小型化することができ、耐久性も高い。
　本発明の第１の側面による送受信素子において、圧電素子と振動増幅手段部の平面形状はいずれも長方形であることができ、圧電素子は長辺長さ／短辺長さ＝１．２～５．０のものであることができ、圧電素子の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）はＡ１≦Ａ２の関係を有しているものであることができる。また前記貫通した空間部は、振動増幅手段部の一側面から対向する他の側面まで形成された凹部と、圧電素子の第１面で形成されたものであることができる。あるいは前記貫通した空間部は、前記振動増幅手段部のみを一側面から対向する他の側面まで貫通して形成され、前記振動増幅手段部の前記圧電素子側の第１面から厚さ方向反対側の第２面までの厚さ範囲のうち、中間位置または前記圧電素子に近い位置に形成されているものであることができる。
　本発明の第１の側面による送受信素子において、振動増幅手段部は、長さ方向両端側の第１平板部と第２平板部を有し、第１平板部と第２平板部の間に凸部を有しているものであることができる。第１平板部と第２平板部を圧電素子の第１面に固定して、凸部と圧電素子の第１面との間に、前記幅方向に貫通した空間部を形成することができる。
　また本発明の第１の側面による送受信素子において、圧電素子と振動増幅手段部の平面形状はいずれも、長方形を除いた多角形、円形および楕円形から選ばれる形状であることができ、圧電素子の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）はＡ１≦Ａ２の関係を有しうる。前記貫通した空間部は、前記振動増幅手段の一側面から対向する他の側面まで形成された凹部と、前記圧電素子の第１面で形成されたものでありうる。あるいは前記貫通した空間部は、前記振動増幅手段部のみを一側面から対向する他の側面まで貫通して形成され、前記振動増幅手段部の前記圧電素子側の第１面から厚さ方向反対側の第２面までの厚さ範囲のうち、中間位置または前記圧電素子に近い位置に形成されているものであることができる。
　本発明の第１の側面による送受信素子において、板状の圧電素子は厚さ方向に貫通した穴を有しうる。
　本発明の第１の側面による送受信素子において、振動増幅手段部は、合成樹脂または金属からなるものであることができる。振動増幅手段部は、繊維状充填材を含有する合成樹脂からなるものでありうる。振動増幅手段部が熱可塑性樹脂からなるものでよく、熱可塑性樹脂はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂から選ばれるものであってよい。
　本発明の第２の側面によれば、板状の圧電素子と、前記板状の圧電素子の少なくとも一面に固定された、振動増幅手段部となる樹脂部を有する超音波の送受信素子であって、前記樹脂部が、前記樹脂部と前記板状の圧電素子で囲まれた内部空間を形成できるように固定されたものであり、前記内部空間が密閉空間である、超音波の送受信素子が提供される。
　また本発明の第３の側面によれば、板状の圧電素子と、前記板状の圧電素子の少なくとも一面に固定された、振動増幅手段部となる樹脂部を有する超音波の送受信素子であって、前記樹脂部が、前記樹脂部と前記板状の圧電素子で囲まれた内部空間を形成できるように固定されたものであり、前記樹脂部が開口部を有しており、前記内部空間が外部と連通されているものである、超音波の送受信素子が提供される。
　本発明の第２の側面および第３の側面による送受信素子は、交流電源から電圧を印加することで圧電素子を面方向（長さ方向）に伸縮させ、その伸縮による振動を振動増幅手段部となる樹脂部で増幅することで超音波を発信する送信素子として機能する。本発明の第２の側面および第３の側面による送受信素子は、超音波を受信したとき、振動増幅手段部となる樹脂部で増幅して圧電素子に伝達し、圧電素子を面方向（長さ方向）に伸縮させて電気エネルギーに変換することで超音波を検知する受信素子として機能する。
　振動増幅手段部となる樹脂部は、環状平面部と前記環状平面部の内側に形成されたドーム部を有するものであることから、超音波を送信するときは増幅して送信し、超音波を受信するときは増幅して圧電素子に伝達する機能が高められている。本発明の第２の側面および第３の側面による超音波の送受信素子は、超音波の送受信装置に使用することができる。本発明の第２の側面および第３の側面による送受信素子は、圧電素子と樹脂の組合せからなるものであることから、小型化および軽量化することができ、錆が発生するおそれもなく、耐久性も高い。
　本発明の第２の側面および第３の側面による実施形態において、前記樹脂部は、環状平面部とその内側に形成されたドーム部を有することができ、前記内部空間はドーム部の内側に形成されたものであることができる。環状平面部の外径（ｄ１）とドーム部の外径（ｄ２）の比（ｄ２／ｄ１）は０．４～０．８であることができる。また環状平面部の外径（ｄ１）と、ドーム部の頂点の圧電素子の第１面からの高さ（ｈ１）との比（ｈ１／ｄ１）は０．０５～０．３であることができる。
　本発明の第２の側面および第３の側面による実施形態において、前記圧電素子と前記樹脂部の平面形状は、いずれも円形、楕円形または多角形であることができ、圧電素子の投影面積（Ａ１）と樹脂部の投影面積（Ａ２）はＡ１≦Ａ２であることができる。
　本発明の第２の側面および第３の側面による実施形態において、圧電素子は圧電セラミックス素子からなることができ、樹脂部はポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなることができる。また樹脂部は繊維状充填材を含有しうる。
図１中、（ａ）は本発明の超音波の送受信素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）の正面図、（ｃ）は（ａ）とは別実施形態の超音波の送受信素子の斜視図である。 図２は圧電素子と振動増幅手段部の平面形状を説明するための図である。 図３中、（ａ）は本発明の別実施形態である超音波の送受信素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）の正面図、（ｃ）は（ａ）とは別形態の超音波の送受信素子の正面図、（ｄ）は、さらに（ａ）とは別実施形態の超音波の送受信素子の斜視図である。 図４中、（ａ）は本発明のさらに別実施形態である超音波の送受信素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）とは別実施形態である超音波の送受信素子の斜視図である。 図５中、（ａ）は本発明のさらに別実施形態である超音波の送受信素子の斜視図、（ｂ）は（ａ）の正面図である。 図６中、（ａ）～（ｅ）はそれぞれ、本発明のさらに別実施形態である超音波の送受信素子の平面図である。 図７中、（ａ）～（ｆ）はそれぞれ、本発明のさらに別実施形態である超音波の送受信素子で使用する圧電素子の平面図である。 図８中、（ａ）～（ｄ）はそれぞれ、本発明のさらに別実施形態である平面形状が正方形の超音波の送受信素子の斜視図である。 図９は実施例と比較例の送受信素子の性能を試験するための試験装置を使用した測定方法の説明図であり、（ａ）は前記試験装置の側面図、（ｂ）は前記試験装置の部分平面図、（ｃ）は部分拡大図である。 図１０は本発明の超音波の送受信素子の平面図である。但し、樹脂部の一部が切り取られて板状の圧電素子の一部が見えている状態を示している。 図１１中、（ａ）は、図１０のXI－XI線間の厚さ方向への断面図、（ｂ）は、図１０とは別実施形態の（ａ）と同様の厚さ方向への断面図である。 図１２中、（ａ）は図１０の超音波の送受信素子の正面図、（ｂ）は図１０とは別実施形態である超音波の送受信素子の正面図である。 図１３中、（ａ）は、図１０とは別実施形態の図１０と同様のXI－XI線間の厚さ方向への断面図、（ｂ）は、（ａ）とは別実施形態の同様の厚さ方向への断面図である。 図１４中、（ａ）は、別実施形態である本発明の超音波の送受信素子の平面図、（ｂ）は（ａ）の厚さ方向の断面図、（ｃ）は（ａ）とは異なる実施形態の厚さ方向の断面図である。 図１５は実施例６で使用した送受信素子の正面図と斜視図である。 図１６は実施例６における受信感度の測定方法の説明図である。 図１７は実施例７の測定結果を示した図である。 図１８は実施例８、９で使用した送受信素子の正面図と斜視図である。 図１９中、（ａ）は実施例１０～１４で使用した送受信素子の平面図、正面図および右側面図、（ｂ）は前記送受信素子の斜視図である。発明を実施するための形態
（１）図１に示す超音波の送受信素子（第１の側面）
　図１に示す超音波の送受信素子１は、板状の圧電素子１０と振動増幅手段部２０を有するものであり、板状の圧電素子１０の第１面１１側に振動増幅手段部２０が固定されている。
　図１に示す板状の圧電素子１０は、交流電圧を印加することで面方向（長さ方向）に収縮する性質を有しているものである。板状の圧電素子１０は、平面形状が長方形のものである。板状の圧電素子１０は、長辺長さ／短辺長さ＝１．２～５．０が好ましく、１．５～４．０がより好ましい。短辺の長さは、２～１５ｍｍが好ましく、２～１０ｍｍがより好ましく、３～８ｍｍがさらに好ましい。
　板状の圧電素子１０における長方形は、例えば、図２（ａ）に示すとおり、長方形の四隅の角が丸みを帯びているもの（但し、丸みを帯びていない角があってもよい）、図２（ｂ）に示すとおり、長方形の四隅の角が直線で切断されたもの（但し、直線で切断されていない角があってもよい）、図２（ｃ）に示すとおり、丸みを帯びているものと直線で切断されたものが混在しているものも含まれる。さらに長方形の四隅の角のうちの１～４箇所が丸みを帯びているものの場合、図２（ａ）に示すとおり、凸形状に丸みを帯びているものと、図２（ｄ）に示すとおり、凹形状に丸みを帯びているものが含まれる。
　圧電素子１０は、公知のチタン酸ジルコン酸亜鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックス素子からなるものが好ましく、ＰＺＴがより好ましい。圧電素子１０は、使用時には図示していないリードワイヤやフレキシブルケーブルを介して電源と電気的に接続される。
　図１に示す振動増幅手段部２０は、平面形状は長方形である。振動増幅手段部２０における長方形は、板状の圧電素子１０と同様に図２（ａ）～（ｄ）に示す形状のものを含む。
　振動増幅手段部２０は、底面２１、第１側面２２、第１側面２２と幅方向反対側の第２側面２３、第１端面２４、第１端面２４と長さ方向反対側の第２端面２５を有している。振動増幅手段部２０は、さらに底面２１の長さ方向の両端部２１ａ、２１ｂ（第１端面２４、第２端面２５）側において、同一方向側に垂設された第１脚部２６と第２脚部２７を有している。
　超音波の送受信素子１は、振動増幅手段部２０における振動増幅機能を向上させるため、第１側面２２から第２側面２３まで貫通した空間部３０を有している。空間部３０は、振動増幅手段部２０の底面２１側の部分、第１脚部２６および第２脚部２７からなる凹部と、圧電素子の第１面１１により囲まれて形成されている。ここで、超音波の送受信素子１は、さらに空間部３０に加えて、第１端面２４から第２端面２５まで貫通した空間部を有していてもよい。これらの２つの空間部を形成したときは、２つの空間部は内部で繋がっている。
　振動増幅手段部２０の高さ（厚さ）Ｈと空間部３０の高さＨ１の比は、Ｈ１／Ｈが０．３～０．９が好ましく、０．４～０．８がより好ましい。振動増幅手段部２０の長さＬと空間部３０の長さＬ１の比は、Ｌ１／Ｌが０．３～０．９が好ましく、０．４～０．８がより好ましい。
　圧電素子１０と振動増幅手段部２０は、圧電素子１０の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部２０の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２であることが好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～２．０がより好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．８がさらに好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．６が特に好ましい。
　図１（ａ）、（ｂ）は、圧電素子１０の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部２０の投影面積（Ａ２）がＡ１＝Ａ２の実施形態である。振動増幅手段部２０は、第１脚部２６と第２脚部２７が圧電素子１０の第１面１１に対して固定されている。図１では、第１面１１の反対面である第２面１２には振動増幅手段部は固定されていないが、第２面１２側にも別の振動増幅手段部が固定されていてもよい。圧電素子１０と振動増幅手段部２０は、接着剤で固定一体化する方法、インサート成形法を適用して固定一体化する方法により一体化し、超音波の送受信素子を製造することができる。
　図１（ｃ）は、圧電素子１０の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部２０の投影面積（Ａ２）がＡ１＜Ａ２の実施形態である。圧電素子１０は、第１面１１に加えて長さ方向両側の側面１０ａ、１０ｂも、振動増幅手段部２０と接触した状態で接着剤などにより固定されており、第２面１２と空間部３０に面した部分を除いて振動増幅手段部２０に埋設された状態になっている。
　図１（ｃ）の送受信素子１において、底面２１の反対側の面は、圧電素子１０の第２面１２と振動増幅手段部２０が面一となっているため平坦面である。Ａ１＜Ａ２であるとき、図１（ｃ）の実施形態にすることで、超音波素子１の全ての面が平坦面になるため、取り扱い性が良く、超音波の送受信装置に使用するときにも、他の部品と組み合わせが容易である。
　振動増幅手段部２０は、合成樹脂（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂）または金属からなるものが好ましい。合成樹脂または金属であれば、セラミックスと比べると耐久性は優れている。さらに軽量化と防錆性の観点からは合成樹脂が好ましい。振動増幅手段部２０を形成する材質を変えることで、同形状および同寸法であっても、共振周波数を変えることができる。
　振動増幅手段部２０が熱可塑性樹脂からなるものであるときは、例えば射出成形などの方法により成形することができ、熱硬化性樹脂からなるものであるときは、プレポリマーの状態で成形した後で硬化させる方法により成形することができる。振動増幅手段部２０が金属からなるものであるときは、切削加工、複数の部材の張り合わせ、プレス加工などの方法により成形することができる。
　熱可塑性樹脂としては、環状オレフィン系樹脂（エチレン－ノルボルネン共重合体など）、スチレン系樹脂（シンジオタクチックポリスチレン樹脂など）、ポリアセタール系樹脂（ポリオキシメチレンなど）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリアルキレンアリレート、ポリアリレート樹脂、ポリグリコール酸系樹脂、液晶ポリエステルなど）、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド系樹脂（脂肪族ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂など）、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリアリールケトン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリオキシベンゾイルエステル系樹脂、ポリベンズイミダゾール系樹脂、液晶ポリマー（液晶ポリエステルは除く）、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレンなど）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂が好ましい。
　熱硬化性樹脂は、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ビニルウレタンなどを挙げることができる。
　振動増幅手段部２０を構成する合成樹脂は、公知の繊維状充填材、公知の粒子状充填剤を含有することができる。
　前記合成樹脂からなる振動増幅手段部２０が繊維状充填材を含有するときは、前記繊維状充填材が一方向に配向されていてもよいし、配向されていなくてもよい（ランダムでもよい）。公知の繊維状充填材としては、無機系の繊維状充填材、金属系の繊維状充填材、有機系の繊維状充填材を使用することができる。これらの繊維状充填材は、必要に応じて、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物などで表面処理することもできる。
　無機系の繊維状充填材としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維（シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、チタン酸カリウム繊維など）を挙げることができる。金属系の繊維状充填材としては、ステンレス繊維、アルミニウム繊維、チタン繊維、銅繊維、真鍮繊維などを挙げることができる。有機系の繊維状充填材としては、アラミド繊維、フッ素樹脂繊維、アクリル繊維などを挙げることができる。
　粒子状充填材は、繊維よりも短い粒状ないし粉状のものであり、ガラスビ－ズ、タルク、カオリン、ワラストナイト、マイカ、シリカ、アルミナ、ケイソウ土、クレー、セッコウ、ベンガラ、グラファイト、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、銅、ステンレスなどの粉状物、水酸化アルミニウム、ドロマイト、雲母粉、炭化ケイ素、ガラス粉、カーボン、グラファイト、硫酸バリウム、ボロンナイトライド、窒化ケイ素などを挙げることができる。
　合成樹脂に対する繊維状充填材の配合量は、合成樹脂と繊維状充填材の合計量中、繊維状充填材の含有割合は５～６０質量％が好ましく、１０～５０質量％がより好ましい。合成樹脂に繊維状充填材を含有させることで、同形状、同寸法および同材質の振動増幅手段部２０を使用した送受信素子であっても、共振周波数を高くすることができる。例えば、ガラスおよびカーボンからなる充填材を配合すると共振周波数を高くすることができ、有機材料からなる充填材を配合すると共振周波数を低くできることが考えられる。
　さらに前記繊維状充填材や粒子状充填材の含有量を増加または減少させることで、同形状、同寸法および同材質の振動増幅手段部２０を使用した送受信素子であっても、共振周波数を高くしたり、低くしたりすることができる。送受信素子を含む装置（超音波の送受信装置）は、種類（用途）に応じて最適な周波数（共振周波数）を有しているものであるが、前記繊維状充填材や粒子状充填材の含有量を調整することで共振周波数を制御できるため好ましい。また送受信素子を含む装置（超音波の送受信装置）は、同形状、同寸法および同材質からなり、繊維状充填材や粒子状充填材の含有量を段階的に変化させた複数の振動増幅手段部２０と圧電素子１０の組み合わせからなる送受信素子を複数組み合わせて使用することで、一つの装置で複数の共振周波数を発信したり、受信したりすることができる。
　振動増幅手段部２０を構成する合成樹脂が繊維状充填材を含有するときは、繊維状充填材が一方向に配向された状態で熱可塑性樹脂により一体成形された複合体からなるテープを使用することができる。このようなテープとしては、特許第５５９２７７５号公報に記載の炭素繊維と芳香族ポリアミド樹脂又は脂肪族ポリアミド樹脂を含む複合体からなる炭素繊維テープ、特開２０１２－８６５４８号公報に記載の無機繊維（炭素繊維は含まない）とオレフィン系樹脂を含む複合体からなる無機繊維テープ、特開２０１２－１０７１８９号公報に記載の炭素繊維とオレフィン系樹脂を含む複合体からなる炭素繊維テープ、特開２０１２－１０７１９０号公報に記載の有機繊維とオレフィン系樹脂を含む複合体からなる有機繊維テープを使用することができる。
　また、サンワトレーディング（株）から販売されているテンカテ社のＵＤテープ（繊維：カーボン、アラミド、ガラス，樹脂：ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ナイロン６、ＰＥＩ、ＨＤＰＥ）を使用することができる。上記テープを使用した場合には、繊維状充填材を所望方向に配向させることができる。
　振動増幅手段部２０が合成樹脂からなるものであるときには、さらに必要に応じて、着色剤（染料および顔料）、滑剤、安定剤（酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤など）、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、アンチブロッキング剤などを配合することができる。
　金属としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ステンレスおよびそれらの合金などを使用することができる。
（２）図３に示す超音波の送受信素子（第１の側面）
　図３（ａ）に示す超音波の送受信素子100は、板状の圧電素子110と振動増幅手段部120を有するものである。図３（ａ）に示す板状の圧電素子110は、平面形状が長方形のものであり、図１に示す板状の圧電素子１０と同じものであり、図２（ａ）～（ｄ）の形状のものも含む。
　図３（ａ）に示す振動増幅手段部120は、平面形状は長方形であり、かつ板状の圧電素子110と同じ大きさの成形体である。振動増幅手段部120における長方形は、板状の圧電素子１０と同様に図２（ａ）～（ｄ）の形状のものも含む。
　振動増幅手段部120は、第１底面121、第１底面121と厚さ方向反対側の第２底面122、第１側面123、第１側面123と幅方向反対側の第２側面124、第１端面125、第１端面125と長さ方向反対側の第２端面126を有している。
　振動増幅手段部120は、図３（ａ）、（ｂ）に示すとおり、全体が一つの成形体からなるものでもよい。また振動増幅手段部120は、図３（ｃ）に示すとおり、図１に示す振動増幅手段部２０と同形状の第１振動増幅手段部120aと平板形状の第２振動増幅手段部120bが接着剤などで一体にされたものでもよい。図３（ｃ）では、一つの振動増幅手段部120が２つの部材の組み合せから形成されているが、３つ以上の部材の組み合わせで形成されていてもよい。
　振動増幅手段部120は、第２底面122が圧電素子110の第１面111に対して固定されている。図３では、第１面111の反対面である第２面112には振動増幅手段部は固定されていないが、第２面112側にも別の振動増幅手段部120が固定されていてもよい。圧電素子110と振動増幅手段部120は、接着剤で固定一体化する方法、インサート成形法を適用して固定一体化する方法により一体化して、超音波の送受信素子を製造することができる。
　超音波の送受信素子100は、振動増幅手段部120における振動増幅機能を向上させるため、第１側面123から第２側面124まで貫通した空間部130を有している。空間部130は、振動増幅手段部120のみに形成されており、図１に示す送受信素子１のように圧電素子とは接していない。
　空間部130は、振動増幅手段部120の第１底面121と第２底面122の両方から等距離の位置（高さＨの中間位置）に形成されている。ここで、超音波の送受信素子100は、さらに空間部130に加えて、第１端面125から第２端面126まで貫通した空間部を有していてもよい。これらの２つの空間部を形成したときは、２つの空間部は内部で繋がっている。
　振動増幅手段部120の高さ（厚さ）Ｈと空間部130の高さＨ２の比は、Ｈ２／Ｈが０．２～０．８が好ましく、０．３～０．７がより好ましい。振動増幅手段部120の長さＬと空間部130の長さＬ２の比は、Ｌ２／Ｌが０．３～０．９が好ましく、０．４～０．８がより好ましい。
　圧電素子110と振動増幅手段部120は、圧電素子110の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部120の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２であることが好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～２．０がより好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．８がさらに好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．６が特に好ましい。
　図３（ａ）は、圧電素子110の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部120の投影面積（Ａ２）がＡ１＝Ａ２の実施形態である。振動増幅手段部120は、圧電素子110の第１面111の全面に対して接着剤などにより固定されている。
　図３（ｄ）は、圧電素子110の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部120の投影面積（Ａ２）がＡ１＜Ａ２の実施形態である。圧電素子110は、第１面111の全面と長さ方向両側の側面110ａ、110ｂも振動増幅手段部120と接触した状態で接着剤などにより固定されており、第２面112を除いて振動増幅手段部120に埋設された状態になっている。
　図３（ｄ）の送受信素子100において、底面121の反対面側は、圧電素子110の第２面112と振動増幅手段部120が面一となっているため平坦面である。Ａ１＜Ａ２であるとき、図３（ｄ）の実施形態にすることで、超音波素子100の全ての面が平坦面になるため、取り扱い性が良く、超音波の送受信装置に使用するときにも、他の部品と組み合わせが容易である。
　振動増幅手段部120は、振動増幅手段部２０と同様の合成樹脂または金属からなるものが好ましい。合成樹脂または金属であれば、セラミックスと比べると耐久性は優れている。さらに軽量化と防錆性の観点からは合成樹脂が好ましい。
（３）図４に示す超音波の送受信素子（第１の側面）
　図４に示す超音波の送受信素子200は、板状の圧電素子210と振動増幅手段部220を有するものである。図４に示す板状の圧電素子210は、平面形状が長方形のものであり、図１に示す板状の圧電素子１０と同じものであり、図２（ａ）～（ｄ）の形状のものも含む。
　図４に示す振動増幅手段部220は、平面形状は長方形であり、かつ板状の圧電素子210と同じ大きさの成形体である。振動増幅手段部220における長方形は、板状の圧電素子１０と同様に図２（ａ）～（ｄ）の形状のものも含む。
　振動増幅手段部220は、第１底面221、第１底面221と厚さ方向反対側の第２底面222、第１側面223、第１側面223と幅方向反対側の第２側面224、第１端面225、第１端面225と長さ方向反対側の第２端面226を有している。振動増幅手段部220は、全体が一つの成形体からなるものであるが、図３（ｃ）で説明したとおり、複数の部材の組み合せから形成されているものでもよい。
　振動増幅手段部220は、第２底面222が圧電素子210の第１面211に対して固定されている。図４では、第１面211の反対面である第２面212には振動増幅手段部は固定されていないが、第２面212側にも別の振動増幅手段部が固定されていてもよい。圧電素子210と振動増幅手段部220は、接着剤で固定一体化する方法、インサート成形法を適用して固定一体化する方法により一体化して、超音波の送受信素子を製造することができる。
　超音波の送受信素子200は、振動増幅手段部220における振動増幅機能を向上させるため、第１側面223から第２側面224まで貫通した空間部230を有している。空間部230は、振動増幅手段部220のみに形成されており、図１に示す送受信素子１のように圧電素子とは接していない。
　空間部230は、振動増幅手段部220の第１面221から第２面222までの厚さ範囲のうち、中間位置（第１底面221と第２底面222の両方から等距離の位置）よりも圧電素子210に近い位置に形成されている。ここで、超音波の送受信素子200は、さらに空間部230に加えて、第１端面225から第２端面226まで貫通した空間部を有していてもよい。これらの２つの空間部を形成したときは、２つの空間部は内部で繋がっている。
　振動増幅手段部220の高さ（厚さ）Ｈと空間部230の高さＨ３の比は、Ｈ３／Ｈが０．１～０．５が好ましく、０．１５～０．４がより好ましい。振動増幅手段部220の長さＬと空間部230の長さＬ３の比は、Ｌ３／Ｌが０．３～０．９が好ましく、０．４～０．８がより好ましい。
　圧電素子210と振動増幅手段部220は、圧電素子210の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部220の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２であることが好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～２．０がより好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．８がさらに好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．６が特に好ましい。
　図４（ａ）は、圧電素子110の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部120の投影面積（Ａ２）がＡ１＝Ａ２の実施形態である。振動増幅手段部220は、圧電素子210の第１面211の全面に対して接着剤などにより固定されており、第１面211の反対面である第２面212には振動増幅手段部は固定されていない。
　図４（ｂ）は、圧電素子210の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部220の投影面積（Ａ２）がＡ１＜Ａ２の実施形態である。圧電素子210は、第１面211の全面と長さ方向両側の側面210ａ、210ｂも振動増幅手段部220と接触した状態で接着剤などにより固定されており、第２面212を除いて振動増幅手段部220に埋設された状態になっている。
　図４（ｂ）の送受信素子200において、底面221の反対面側は、圧電素子210の第２面212と振動増幅手段部220が面一となっているため平坦面である。Ａ１＜Ａ２であるとき、図４（ｂ）の実施形態にすることで、超音波素子200の全ての面が平坦面になるため、取り扱い性が良く、超音波の送受信装置に使用するときにも、他の部品と組み合わせが容易である。
　振動増幅手段部220は、振動増幅手段部２０と同様の合成樹脂または金属からなるものが好ましい。合成樹脂または金属であれば、セラミックスと比べると耐久性は優れている。さらに軽量化と防錆性の観点からは合成樹脂が好ましい。
（４）図５に示す超音波の送受信素子（第１の側面）
　図５に示す超音波の送受信素子300は、板状の圧電素子310と振動増幅手段部320を有するものである。図５に示す板状の圧電素子310は、平面形状が長方形のものであり、図１に示す板状の圧電素子１０と同じものである。
　図５に示す振動増幅手段部320は、平面形状は長方形であり、板状の圧電素子310と同じ幅であるが、板状の圧電素子310よりも長くなっている。圧電素子310と振動増幅手段部320は、圧電素子310の投影面積（Ａ１）と振動増幅手段部320の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２であることが好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～５．０がより好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～４．５がさらに好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～４．０が特に好ましい。
　振動増幅手段部320は、長さ方向両端側の第１平板部321と第２平板部322を有しており、さらに第１平板部321と第２平板部322の間に凸部323を有している。凸部323は、平面部324と、平面部324の両端側から第１平板部321と第２平板部322に延ばされた第１傾斜面部325aと第２傾斜面部325bを有しているものである。第１傾斜面部325aが第１平板部321と一体になり、第２傾斜面部325bが第２平板部322と一体になっている。
　振動増幅手段部320は、凸部323側の第１平板部321の一部と、凸部323側の第２平板部322の一部が圧電素子310の第１面311に接着剤などで固定されている。第１面311の反対面である第２面312には振動増幅手段部320は固定されていない。
　超音波の送受信素子300は、振動増幅手段部320における振動増幅機能を向上させるため、幅方向（長方形の短辺方向）に貫通した空間部330を有している。幅方向に貫通した空間部330は、振動増幅手段部320の凸部323と圧電素子の第１面311により挟まれて形成されている。
　振動増幅手段部320の長さＬ10と空間部330を含む凸部323の高さＨ10の比は、Ｌ10／Ｈ10が１０～２０が好ましく、１２～１８が好ましい。
　振動増幅手段部320は、振動増幅手段部２０と同様の合成樹脂または金属からなるものが好ましい。合成樹脂または金属であれば、セラミックスと比べると耐久性は優れている。さらに軽量化と防錆性の観点からは合成樹脂が好ましい。
　図１～図４に示す超音波の送受信素子１、100、200、300は、それぞれの板状の圧電素子と振動増幅手段部の平面形状が、長方形を除いた他の多角形、円形および楕円形から選ばれる形状であるものでもよい。例えば、図６（ａ）～（ｅ）に示すような、正方形、五角形（正五角形）、六角形（正六角形）、円形、楕円形にすることもできる。これらの多角形の場合にも、それぞれの角部は図２（ａ）～（ｄ）に示す形状のものにすることができる。
　図１～図４に示す超音波の送受信素子１、100、200、300は、それぞれの板状の圧電素子が厚さ方向に貫通孔を有しているものでもよい。図７（ａ）は、平面形状が長方形の圧電素子８０Ａであり、外側の枠部８１と内側の厚さ方向への貫通穴８２を有している。図７（ｂ）は、平面形状が正方形の圧電素子８０Ｂであり、外側の枠部８１と内側の厚さ方向への貫通穴８２を有している。図７（ｃ）は、平面形状が正五角形の圧電素子８０Ｃであり、外側の枠部８１と内側の厚さ方向への貫通穴８２を有している。
　図７（ｄ）は、平面形状が正六角形の圧電素子８０Ｄであり、外側の枠部８１と内側の厚さ方向への貫通穴８２を有している。図７（ｅ）は、平面形状が円形の圧電素子８０Ｅであり、外側の枠部８１と内側の厚さ方向への貫通穴８２を有している。図７（ｆ）は、平面形状が楕円形の圧電素子８０Ｆであり、外側の枠部８１と内側の厚さ方向への貫通穴８２を有している。
　図７（ａ）～（ｆ）では貫通穴８２は一つであるが、圧電素子８０Ａ～８０Ｆの強度を高めるため、枠部８１の内側に２または３以上の穴が分離されて形成されたものでもよい。貫通穴８２の形状は、枠部８１と同じ形状でなくてもよいが、圧電素子の強度を高める点からは、円形または楕円形が好ましい。
　枠部８１の幅は、圧電素子８０Ａ～８０Ｆの強度を維持でき、振動増幅手段部を固定できる程度の幅である。例えば、図１に示す形状の振動増幅手段部２０を使用するときは、第１脚部２６と第２脚部２７を固定できる程度の幅である。なお、振動増幅手段部は圧電素子８０Ａ～８０Ｆに固定するものであるから、圧電素子８０Ａ～８０Ｆの投影面積（Ａ１）は、圧電素子８０Ａ～８０Ｆの貫通穴８２がないものの投影面積（Ａ１）となる。このため、圧電素子８０Ａ～８０Ｆの投影面積（Ａ１）とそれに固定する振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）は、上記と同様にＡ１≦Ａ２であることが好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～２．０がより好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．８がさらに好ましく、Ａ２／Ａ１＝１．０～１．６が特に好ましい。
　圧電素子として、図７（ａ）～（ｆ）のように貫通穴８２を有するものを使用すると、送受信素子を軽量化することができるほか、製造コストも低下させることができるため好ましい。
　次に、超音波の送受信素子の板状の圧電素子と振動増幅手段部の平面形状を正方形にした実施形態を図８（ａ）～（ｄ）により説明する。
　図８（ａ）は、超音波の送受信素子400Ａが板状の圧電素子410と振動増幅手段部420からなり、空間部430Ａを有しているものであり、図１の超音波の送受信素子１に対応するものである。図８（ｂ）は、超音波の送受信素子400Ｂが板状の圧電素子410と振動増幅手段部420からなり、空間部430Ｂを有しているものであり、図３の超音波の送受信素子100と図４の超音波の送受信素子200に対応するものである。図８（ｃ）は、図８（ａ）において、２つの空間部430Ｃ、431Ｃを形成したものであり、図１の超音波の送受信素子１において２つの空間部を形成したものに対応するものである。図８（ｄ）は、図８（ｂ）において、２つの空間部430Ｄ、431Ｄを形成したものであり、図３の超音波の送受信素子100と図４の超音波の送受信素子200において２つの空間部を形成したものに対応するものである。
　次に、図１に示す超音波の送受信素子１の動作を説明する。圧電素子１０に交流電流を流して電圧を印加すると、それにより圧電素子１０は面方向（長さ方向）に伸びたり縮んだりする伸縮を繰り返す。圧電素子１０の面方向（長さ方向）の伸縮による振動を受けて、振動増幅手段部２０は厚さ方向（図１の上下方向）に振動する。前記上下方向の振動は空間部３０によって増幅されて、超音波として送信される。
　逆に超音波を受信するときは、超音波による振動を振動増幅手段部２０が受けて上下方向に振動して増幅させ、その振動を受けた圧電素子１０が長さ方向に伸縮する。その後、前記伸縮により圧電素子１０が電気エネルギーを発生させるため、それにより超音波を検知することができる。
　本発明の第１の側面による超音波の送受信装置は、上記した超音波の送受信素子を備えたものである。また本発明の超音波の送受信装置は、上記した超音波の送受信素子を多数組み合わせたフェーズドアレイ型の超音波の送受信装置にすることもでき、特に平面形状が長方形のものがフェーズドアレイ型の超音波の送受信装置に適している。フェーズドアレイ型の超音波の送受信装置にするときは、多数の送受信素子１が並列に配置されたものにすることができる。
（１）図１０～図１３に示す超音波の送受信素子
　本発明の第２の側面および第３の側面による超音波の送受信素子500の実施形態を図１０～図１３により説明する。超音波の送受信素子500は、板状の圧電素子510と振動増幅手段部となる樹脂部520を有している。
　板状の圧電素子510は、交流電圧を印加することで面方向（直径方向）に伸縮する性質を有しているものである。板状の圧電素子510は平面形状が円形であるが、円形に限定されるものではなく、使用形態に応じた形状を選択することができる。例えば、三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形、楕円形などから選択することができる。
　圧電素子510は、公知のチタン酸ジルコン酸亜鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックス素子からなるものが好ましく、ＰＺＴがより好ましい。圧電素子510は、使用時には図示していないリードワイヤやフレキシブルケーブルなどを介して電源と電気的に接続される。
　図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、振動増幅手段部となる樹脂部520は、環状平面部521と環状平面部521の内側に形成されたドーム部522を有している。図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、振動増幅手段部となる樹脂部520の環状平面部521のみが板状の圧電素子510の第１面511に対して固定されており、第１面511とドーム部522の間に内部空間515が形成されている。図１１（ａ）は、ドーム部522が半球形状のものであり、図１１（ｂ）は、ドーム部522の頂点部分が平坦面522ａになっているものである。
　図１２（ａ）は、ドーム部522の内部空間515が密閉空間である実施形態（第２の側面による）を示している。図１２（ｂ）は、ドーム部522が開口部523を有しており、ドーム部522の内部空間515が密閉されておらず、外部と連通された実施形態（第３の側面）を示している。開口部523は、１または２以上が形成されていてもよい。
　図１３（ａ）、（ｂ）に示す送受信素子600の実施形態では、振動増幅手段部となる樹脂部620は、円形基板部621と円形基板部621の上に形成されたドーム部622を有している。図１３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、振動増幅手段部となる樹脂部620の円形基板部621の全面が板状の圧電素子610の第１面611に対して固定されており、円形基板部621とドーム部622間に内部空間615が形成されている。図１３（ａ）は、ドーム部622が半球形状のものであり、図１３（ｂ）は、ドーム部622の頂点部分が平坦面622ａになっているものである。
　図１３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態の送受信素子600は、図１２（ａ）に示すように密閉された内部空間515を有しているもの（第２の側面による）でもよいし、図１２（ｂ）に示すように開口部523を有する内部空間515を有しているもの（第３の側面による）でもよい。
　図１０～図１３に示す振動増幅手段部となる樹脂部520、620は、平面形状が円形のほか、使用状態に応じた形状を選択することができる。例えば、三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形、楕円形、不定形などから選択することができるが、板状の圧電素子510、610と同じ形状であることが好ましい。
　図１０～図１２に示す樹脂部520の環状平面部521の外径ｄ11と、樹脂部520のドーム部522の外径ｄ12の比（ｄ12／ｄ11）は、超音波の送受信素子500の送受信性能を高める観点から、０．４～０．８が好ましく、０．５～０．７がより好ましい。図１３に示す樹脂部620も同様である。
　図１０～図１２に示す樹脂部520の環状平面部521の外径ｄ11と、樹脂部520のドーム部522の頂点の圧電素子の第１面511からの高さｈ11との比（ｈ11／ｄ11）は、超音波の送受信素子500の送受信性能を高める観点から、０．０５～０．３が好ましく、０．１～０．２がより好ましい。図１３に示す樹脂部620も同様である。
　図１０～図１２に示す超音波の送受信素子500において、板状の圧電素子510の厚みは超音波の送受信素子500の大きさにより異なるが、超音波の送受信素子500の外径（板状の圧電素子510と樹脂部520の外径。但し、板状の圧電素子510の外径と樹脂部520の外径の大きな方の外径）ｄ11が１０ｍｍのとき、０．５～３ｍｍが好ましく、０．５～１．５ｍｍがより好ましい。図１０～図１２に示す超音波の送受信素子500において、樹脂部520（環状平面部521）の厚みは超音波の送受信素子500の大きさにより異なるが、超音波の送受信素子500の外径（板状の圧電素子510と樹脂部520の外径）ｄ11が１０ｍｍのとき、０．５～３ｍｍが好ましく、０．５～１．５ｍｍがより好ましい。図１３に示す超音波の送受信素子600も同様である。
　図１０～図１２に示す超音波の送受信素子500において、板状の圧電素子510の厚みと樹脂部520（環状平面部521）の厚みは、同じであるか、近似した厚みであることが好ましい。図１０～図１２に示す超音波の送受信素子500において、超音波の送受信素子500の厚み（板状の圧電素子510と環状平面部521の合計厚み）ｔ11と、超音波の送受信素子500の外径（板状の圧電素子510と樹脂部520の外径。但し、板状の圧電素子510の外径と樹脂部520の外径の大きな方の外径）ｄ11の比（ｔ11／ｄ11）は、０．０５～０．３が好ましく、０．１～０．２がより好ましい。図１３に示す超音波の送受信素子600も同様である。
　図１０～図１２に示す超音波の送受信素子500において、板状の圧電素子510と樹脂部520は同じ大きさまたは異なる大きさにすることができるが、圧電素子510の投影面積（垂直方向からの投影面積）（Ａ11）と樹脂部520の投影面積（垂直方向からの投影面積）（Ａ12）はＡ12≧Ａ11であることが好ましく、Ａ12／Ａ11＝１．０～８．０がより好ましく、Ａ12／Ａ11＝１．０～７．０がさらに好ましく、Ａ12／Ａ11＝１．０～６．５が特に好ましい。図１３に示す超音波の送受信素子600も同様である。
　樹脂部520、620を構成する樹脂（合成樹脂）としては、本発明の第１の側面に関して先に述べたと同じものを使用することができる。
　樹脂部520、620を構成する合成樹脂は、本発明の第１の側面に関して先に述べたと同じ公知の繊維状または粒状充填材を配合することができる。
　合成樹脂に対する繊維状または粒状充填材の配合量は、合成樹脂と充填材の合計量中、充填材の含有割合は５～６０質量％が好ましく、１０～５０質量％がより好ましい。
　樹脂部520、620を構成する合成樹脂が繊維状充填材を含有するときは、繊維状充填材が一方向に配向された状態で熱可塑性樹脂により一体成形された複合体からなるテープを使用することができる。このようなテープとしては、本発明の第１の側面に関して先に述べたと同じものを使用して、同様にして製造することができる。テープを使用する場合には、同じ方向に複数枚のテープを並べて張り合わせた後、厚さ方向に円形になるように切断して使用する。または角度を変えて複数枚のテープを重ねて張り合わせた後、厚さ方向に円形になるように切断して使用する。
　樹脂部520、620を構成する合成樹脂には、さらに必要に応じて、着色剤（染料および顔料）、滑剤、安定剤（酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤など）、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、アンチブロッキング剤などを配合することができる。
　図１０～図１２に示す超音波の送受信素子500は、公知の熱可塑性樹脂系の接着剤、熱硬化性樹脂系接着剤を使用して、圧電素子510の第１面511と、射出成形などの方法により得られた樹脂部520の環状平面部521を貼り合わせることで製造することができる。また、図１０～図１２に示す超音波の送受信素子500には、図１０において、板状の圧電素子510の第１面511と反対側の第２面512のそれぞれに、樹脂部520の環状平面部521が固定されたものも含まれる。図１３に示す超音波の送受信素子600も同様である。
　次に、図１０～１２に示す超音波の送受信素子500の動作を説明する。圧電素子510に交流電流を流して電圧を印加すると、それにより圧電素子510は面方向（直径方向）に伸びたり縮んだりすることを繰り返す。圧電素子510の直径方向の伸縮による振動を受けて、樹脂部520は厚さ方向（上下方向）に振動する。前記上下方向の振動はドーム部522によって増幅されて、超音波として送信される。
　逆に超音波を受信するときは、超音波による振動を樹脂部520（ドーム部522）が受けて上下方向に振動して増幅させ、その振動を受けた圧電素子510が直径方向に伸縮する。その後、前記伸縮により圧電素子510が電気エネルギーを発生させるため、それにより超音波を検知することができる。
（２）図１４に示す超音波の送受信素子
　図１０～図１３の超音波の送受信素子１とは異なる、本発明の第２の側面および第３の側面による超音波の送受信素子の実施形態を図１４により説明する。図１４に示す送受信素子700、800は、平面形状が異なるほかは、材質、ｄ22／ｄ21、ｈ21／ｄ21、ｔ21／ｄ21、Ａ22／Ａ21は、図１０～図１２に示す送受信素子500と同じである。ここで、ｔ21は、超音波の送受信素子700の厚み（板状の圧電素子710と環状平面部721の合計厚み）である。なお、平面形状が長方形の実施形態ではｄ21は長辺の長さ、平面形状が五角形以上の多角形の実施形態ではｄ21は最大径（最大対角線）の長さ、平面形状が楕円形の実施形態ではｄ21は長径の長さである。
　図１４（ａ）、（ｂ）に示す送受信素子700は、図１０、図１１に示す送受信素子500とは、平面形状が異なるほかは、同じものである。図１４（ａ）、（ｂ）に示す超音波の送受信素子700は、板状の圧電素子710と振動増幅手段部となる樹脂部720を有しており、板状の圧電素子710と樹脂部720は、いずれも平面形状が正方形のものである。
　樹脂部720は、矩形の環状平面部721と環状平面部721の内側に形成された矩形のドーム部722を有している。図１４（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、樹脂部720の環状平面部721のみが板状の圧電素子710の第１面711に対して固定されており、第１面711とドーム部722の間に内部空間715が形成されている。
　図１４（ａ）、（ｂ）は、ドーム部722の内部空間715が密閉空間である実施形態（第２の側面による）を示しているが、図１２（ｂ）のように、ドーム部722が開口部を有しており、ドーム部722の内部空間715が密閉されておらず、外部と連通された実施形態（第３の側面による）のものでもよい。
　図１４（ｃ）に示す送受信素子800の実施形態では、樹脂部820は、基板部（正方形の基板部）821と基板部821の上に形成されたドーム部822を有している。図１４（ｃ）に示す実施形態では、樹脂部820の基板部821の全面が板状の圧電素子810の第１面811に対して固定されており、基板部821とドーム部822の間に内部空間815が形成されている。図１４（ｃ）に示す実施形態の送受信素子800は、図１２（ａ）に示すように密閉された内部空間を有しているものでもよいし、図１２（ｂ）に示すように開口部を有する内部空間を有しているものでもよい。
　図１４（ａ）～（ｃ）に示す送受信素子700、800は、図１０～図１２に示す送受信素子500と同様に動作する。
　本発明の第２の側面および第３の側面による送受信素子は、圧電素子と樹脂部の組み合わせからなるものであるため、特開２００４－１２８８１３号公報のように金属を使用したものと比べると、小型化と軽量化ができるようになり、錆が発生するという問題が無く、電気絶縁性もある。さらに特開２０１３－８８２３４号公報のセラミックスを使用したものと比べると、耐久性も高い。
　本発明の第２の側面および第３の側面による送受信素子は、高湿度雰囲気中における使用や、電気絶縁性が要求されるような状態での使用に適しており、その他、酸やアルカリを含む水中、活火山を含めて酸性ガスが噴出している場所のように金属を腐食させるような状況において超音波を発信するような用途に使用するときにも適している。
　本発明の第２の側面および第３の側面による超音波の送受信装置は、上記した超音波の送受信素子を備えたものである。また本発明の第２の側面および第３の側面による超音波の送受信装置は、上記した超音波の送受信素子を多数組み合わせたフェーズドアレイ型の超音波の送受信装置にすることもできる。
　フェーズドアレイ型の超音波の送受信装置にするときは、例えば平面形状が円形、四角形、六角形などの超音波の送受信素子を使用するときは、全体がハニカム状になるように多数の送受信素子が配置されたもの、例えば平面形状が長方形の超音波の送受信素子を使用するときは、多数の送受信素子が並列に配置されたものにすることができる。また、平面形状が四角形（好ましくは長方形）のの超音波の送受信素子を使用するときは、多数の送受信素子が並列に配置されたものにすることができる。
実施例
　実施例１～５および比較例１
　表１に示す材質および形状からなる送受信素子を製造した。各例とも圧電素子は、同じもの（ＰＺＴ；（株）富士セラミックス　Ｃ２１３）である。
　（圧電素子の寸法）
　実施例１～３と比較例１：縦（長さ）１７ｍｍ、横（幅）５ｍｍ、厚み０．５ｍｍ
　実施例４：縦（長さ）１７ｍｍ、横（幅）１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ
　（振動増幅手段部の寸法）
　実施例１（図１）：振動増幅手段部20の縦（長さ）Ｌ＝１７ｍｍ、横（幅）５ｍｍ、空間部30長さＬ１＝９ｍｍ、高さＨ＝２ｍｍ、空間部30高さＨ１＝１ｍｍ
　実施例２（図３）：振動増幅手段部120の縦（長さ）長さＬ＝１７ｍｍ、横（幅）５ｍｍ、空間部130長さＬ２＝９ｍｍ、高さＨ＝３ｍｍ、空間部130高さＨ２＝１ｍｍ
　実施例３（図４）：振動増幅手段部220の縦（長さ）Ｌ＝１７ｍｍ、横（幅）５ｍｍ、空間部230の長さＬ３＝９ｍｍ、高さＨ＝４．７５ｍｍ、空間部230の高さＨ３＝１ｍｍ
　実施例４、５（図５）：振動増幅手段部320の縦（長さ）Ｌ10＝３０ｍｍ、横（幅）１０ｍｍ、空間部330の高さH10＝２ｍｍ、第１平板部321と第２平板部322長さ＝それぞれ１０．５ｍｍ、平面部324長さ７ｍｍ
　比較例１：縦（長さ）１７ｍｍ、横（幅）５ｍｍ、高さ４．７５ｍｍの直方体（空間部なし）
　実施例５を除いて、各例とも振動増幅手段部は射出成形して得た。実施例５の振動増幅手段部は、アルミニウム（Ａ５０５２）板を切削加工で作製した。各例とも、圧電素子と振動増幅手段部は、いずれも同量のハンツマン・ジャパン（株）製の「Araldite　スタンダード」で接着した。
　実施例と比較例の送受信素子を使用して、図９（ａ）、（ｂ）に示す装置により音圧を測定した。なお、圧電素子（ＰＺＴ）にはリードワイヤが接続された電極をはんだ付けした。平坦な床面４０上に第１固定台５０と第２固定台５１を置き、第１固定台５０に送受信素子１を固定し、第２固定台５１にマイク６０を固定した。送受信素子１は、送受信素子１の長さ方向が図９の上下方向になるように置いた。
　送受信素子１とマイク６０の距離は１ｍ、いずれも床面４０からの高さ１ｍの位置に固定した。なお、床面４０からの音響反射がないことを予め確認した。送受信素子１に通電したときに送信される超音波を音圧としてマイク６０で測定した。
　また、実施例４については、素子１の中心Ｏが固定された状態で、図９（ｃ）の軸Ｙに沿う位置から軸Ｚに沿う位置まで１０°ずつ変化させて、＋６０°～－６０°まで合計１３箇所の位置においても測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ＰＰＳ／ＣＦ３０％は、ＰＰＳ７０質量％とＣＦ（炭素繊維）３０質量％からなるものを示す。なお、振動増幅手段部中、ＣＦは配向されておらず、ランダム状態で含有されている。以下の実施例において繊維状充填材を含むものも同様である。投影面積は、実施例１～３（図１、図３、図４）と比較例１は平面積であり、実施例４、５（図５）は、第１傾斜面部325aと第２傾斜面部325bも平面で見たときの面積であることを示している。周波数は、素子ごとの共振周波数を示す。共振周波数は素子の形状や大きさにより異なる。
　実施例と比較例との対比から、空間部の有無により音圧に違いが生じることが確認できた。
　実施例６（受信感度）、比較例２
　実施例６は、図４と同じ貫通孔を有する構造の送受信素子１を受信側素子１Ａ、送信側素子１Ｂとして使用した。
　（送受信素子）
　圧電素子：(株)富士セラミックスのＣ２１３（長さ１７ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み０．５ｍｍ）
　振動増幅手段部：図１５に示す寸法のもの（ＰＰＳ／ＣＦ３０％）
　比較例２は、受信側素子１Ａに代えて、市販の受信素子（日本セラミック(株)のPR40-18N）を受信側素子として使用した。
　図１６に示すとおり、受信側素子１Ａと送信側素子１Ｂをそれぞれの振動増幅手段部が対向するように水平台上に配置した。図１６に示す状態にて、送信側素子１Ｂから発信した超音波を受信側素子１Ａで受信して計測した。
　送信側素子１Ｂからの発信は、送信側素子１Ｂの圧電素子側から３０ｃｍの位置においた超音波マイクによって、１３０ｄＢの発信強度を有する４０ｋＨｚの周期電圧をかけて行った。受信側素子１Ａと送信側素子１Ｂの距離を１０ｃｍ～１００ｃｍの間で変化させたときの受信電圧をオシロスコープにより検出して、受信感度を評価した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例６と比較例２では、距離に拘わらず実施例６の受信感度が高かった。また、実施例６は、距離１０ｃｍを基準としたときの感度の低下率も小さかった。
　実施例７（指向性）
　実施例６と同じ送受信素子を使用して、図９（ａ）、（ｂ）に示す装置により実施例４と同様にして音圧を測定した。但し、送受信素子は、送受信素子の長さ方向が図９の上下方向と直交する方向になるように置き、マイク６０との距離は３０ｃｍとし、＋９０°～－９０°まで１０°ずつ変化させた。結果を図１７に示す。図１７は、正面（角度０°）の音圧を０ｄＢとしたときの音圧の変化を示している。
　実施例８～１１（共振周波数の制御）
　実施例６と同じ送受信素子であり、振動増幅手段部が図１８に示す寸法のものを使用した。図９（ａ）に示す装置を使用して、送受信素子に対して１０～６０ｋＨｚの周波数の交流電圧を印加したときの最も音圧の高い周波数を共振周波数として測定した。但し、送受信素子は、送受信素子の長さ方向が図９の上下方向と直交する方向になるように置き、送受信素子とマイク６０との距離は３０ｃｍとした。結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４から明らかなとおり、同形状で同寸法の送受信素子であっても、材質を変化させることで共振周波数を変えることができた。この結果から、材質を変化させることで共振周波数を制御できることが確認できた。
　実施例１２～１６
　図８（ｄ）に示す送受信素子であり、図１９に示す形状および寸法の送受信素子を使用した。
　（送受信素子）
　圧電素子：(株)富士セラミックスのＣ２１３（長さ１７ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み０．５ｍｍ）
　振動増幅手段部：図１９に示す寸法のもの。
　図９（ａ）に示す装置を使用して、送受信素子に対して１０～１００ｋＨｚの周波数の交流電圧を印加したときの最も音圧の高い周波数を共振周波数として測定した。但し、送受信素子とマイク６０との距離は３０ｃｍとした。その後、共振周波数において高電圧を印加したときの音圧（ｄＢ）を測定した。結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５から明らかなとおり、同形状で同寸法の送受信素子であっても、材質を変化させることで共振周波数を変えることができ、最大音圧を変えることができた。
　実施例１７および比較例３
　表６に示す材質からなる送受信素子（図１１）を製造した。実施例１７と比較例３は、材質が異なるほかは、同一形状および同一大きさのものである。実施例１７の樹脂部は射出成形して得た。実施例１７の圧電素子と樹脂部（ＰＰＳ）、比較例３の圧電素子とアルミニウムは、いずれも同量のハンツマン・ジャパン（株）製の「Araldite　スタンダード」で接着した。
（圧電素子510）
　材質：ＰＺＴ（（株）富士セラミックス　Ｃ２１３）
　外径：１０ｍｍ
　厚さ：１ｍｍ
（樹脂部520〔比較例３はアルミニウム〕）
　外径（環状平面部の外径）ｄ11：１０ｍｍ
　ドーム部外径ｄ12：６ｍｍ
　ドーム部高さｈ11：２ｍｍ
　厚さ：１ｍｍ
　ＰＰＳ：ポリプラスチックス製　ジュラファイド　2130A1
　実施例１７と比較例３の送受信素子を使用して、図９（ａ）、（ｂ）に示す装置により音圧を測定した。但し、図９（ａ）における「送受信素子１」は「送受信素子500」とする。
　平坦な床面４０上に第１固定台５０と第２固定台５１を置き、第１固定台５０に送受信素子500を固定し、第２固定台５１にマイク６０を固定した。送受信素子500とマイク６０の距離は１ｍ、いずれも床面４０からの高さ１ｍの位置に固定した。なお、床面４０からの音響反射がないことを予め確認した。送受信素子500に通電したときに送信される超音波を音圧としてマイク６０で測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　実施例１７は、圧電素子（ＰＺＴ）にリードワイヤが接続された電極をはんだ付けした後、共振周波数の確認をしたところ、39kHz、61kHzに共振点を確認した。39kHzで徐々に電圧を印加したとき、音圧の最大点は1.08Paで、そのときの電流、電圧は51mA、11Vであった。61kHzで徐々に電圧を印加し、音圧の最大点は0.08Paで、そのときの電流、電圧は40 mA、15Vであった。
　比較例３は、圧電素子（ＰＺＴ）にリードワイヤが接続された電極をはんだ付けした後、共振周波数の確認をしたところ、34kHz、98kHzに共振点を確認した。34kHzで徐々に電圧を印加し、音圧の最大点は0.03Paで、そのときの電流、電圧は25mA、12Vであった。98kHzで徐々に電圧を印加し、音圧の最大点は0.08Paで、そのときの電流、電圧は128 mA、15Vであった。
　比較例３では、実施例１７と比べると、いずれの周波数でも高い音圧は得られなかった。なお、実施例１７と比較例３の送受信素子の共振点の違いは、実施例１７（ＰＰＳ）と比較例３（アルミニウム）で構成材料が異なることによるものである。
産業上の利用可能性
　本発明の超音波の送受信素子とそれを使用した超音波の送受信装置は、被測定物までの正確な距離を測定するための手段として使用することができる。
　そのほか、防犯用センサ、自動車用障害物検知センサ、自動走行台車（ロボット台車）、ドローンなどの障害物および距離検知センサ、自動手洗い機用センサ、自動ドアセンサなどの各種人検知センサ、自動車洗車機用などの各種物体移動検知センサ、踏切の自動車検知センサ、駐車場の管理システム用センサ、ゴルフカート衝突防止用センサ、モノレール用車両衝突防止センサ、ヘリコプター用障害物検知センサ、果樹などへの無人薬剤散布センサ、スポットクーラー用人追尾センサ、コンベア上の物体検出センサ、入浴者の安全監視センサ、介護および福祉施設などにおける人の見守りセンサ、冷凍庫、サウナ風呂などにおける人の安全監視センサ、容器内の内容物量の検知センサ、コピー機における紙の二枚送り検知センサおよび紙切れ検知センサなどに使用することができる。
　さらにその他の用途として、屋内および屋外におけるねずみなどの小動物の忌避装置、屋外における鳥（カラスなど）、猪、鹿、猿、害虫などの忌避装置として使用することができる。
符号の説明
　１　超音波の送受信素子
　１０　圧電素子
　２０　振動増幅手段部
　２１　底面
　２２　第１側面
　２３　第２側面
　２４　第１端面
　２５　第２端面
　２６　第１脚部
　２７　第２脚部
　３０　空間部
　５００、６００、７００、８００　送受信素子
　５１０、６１０、７１０、８１０　圧電素子
　５１５、６１５、７１５、８１５　内部空間
　５２０、６２０、７２０、８２０　樹脂部
　５２１、６２１、７２１、８２１　環状平板部
　５２２、６２２、７２２、８２２　ドーム部

Claims (22)

  1. 　平面形状が多角形、円形および楕円形から選ばれる形状である板状の圧電素子と、前記板状の圧電素子の第１面側に固定された、平面形状が多角形、円形および楕円形から選ばれる形状の成形体からなる振動増幅手段部を有する超音波の送受信素子であって、
    　前記振動増幅手段部が、一側面から対向する他の側面まで貫通して形成された１または複数の空間部を有しているものである、超音波の送受信素子。
  2. 　前記圧電素子と前記振動増幅手段部の平面形状がいずれも長方形であり、
    　前記圧電素子が長辺長さ／短辺長さ＝１．２～５．０のものであり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２の関係を有しているものであり、
    　前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段部の一側面から対向する他の側面まで形成された凹部と、前記圧電素子の第１面で形成されたものである、請求項１記載の超音波の送受信素子。
  3. 　前記圧電素子と前記振動増幅手段部の平面形状がいずれも長方形であり、
    　前記圧電素子が長辺長さ／短辺長さ＝１．２～５．０のものであり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２の関係を有しているものであり、
    　前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段部のみを一側面から対向する他の側面まで貫通して形成されたものである、請求項１記載の超音波の送受信素子。
  4. 　前記圧電素子と前記振動増幅手段部の平面形状がいずれも長方形であり、
    　前記圧電素子が長辺長さ／短辺長さ＝１．２～５．０のものであり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２の関係を有しているものであり、
    　前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段部のみを一側面から対向する他の側面まで貫通して形成されたものであり、かつ、前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段部の前記圧電素子側の第１面から厚さ方向反対側の第２面までの厚さ範囲のうち、中間位置または前記圧電素子に近い位置に形成されているものである、請求項１記載の超音波の送受信素子。
  5. 　前記圧電素子と前記振動増幅手段部の平面形状がいずれも長方形であり、前記圧電素子が長辺長さ／短辺長さ＝１．２～５であり、および前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２であり、
    　前記振動増幅手段部が、長さ方向両端側の第１平板部と第２平板部を有しており、さらに第１平板部と第２平板部の間に凸部を有しているものであり、
    　前記第１平板部と前記第２平板部が前記圧電素子の第１面に固定されており、
    　前記凸部と前記圧電素子の第１面との間に幅方向に貫通した空間部を有している、請求項１記載の超音波の送受信素子。
  6. 　前記圧電素子と前記振動増幅手段部の平面形状がいずれも長方形を除いた多角形、円形および楕円形から選ばれる形状であり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２の関係を有しているものであり、
    　前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段の一側面から対向する他の側面まで形成された凹部と、前記圧電素子の第１面で形成されたものである、請求項１記載の超音波の送受信素子。
  7. 　前記圧電素子と前記振動増幅手段部の平面形状がいずれも長方形を除いた多角形、円形および楕円形から選ばれる形状であり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２の関係を有しているものであり、
    　前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段部のみを一側面から対向する他の側面まで貫通して形成されたものである、請求項１記載の超音波の送受信素子。
  8. 　前記圧電素子と前記振動増幅手段部の平面形状がいずれも長方形を除いた多角形、円形および楕円形から選ばれる形状であり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記振動増幅手段部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２の関係を有しているものであり、
    　前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段部のみを一側面から対向する他の側面まで貫通して形成されたものであり、かつ、前記貫通した空間部が、前記振動増幅手段部の前記圧電素子側の第１面から厚さ方向反対側の第２面までの厚さ範囲のうち、中間位置または前記圧電素子に近い位置に形成されているものである、請求項１記載の超音波の送受信素子。
  9. 　前記板状の圧電素子が、厚さ方向に貫通した穴を有しているものである、請求項１～８のいずれか１記載の超音波の送受信素子。
  10. 　前記振動増幅手段部が、合成樹脂または金属からなるものである、請求項１～８のいずれか１記載の超音波の送受信素子。
  11. 　前記振動増幅手段部が、繊維状充填材を含有する合成樹脂からなるものである、請求項１～８のいずれか１記載の超音波の送受信素子。
  12. 　前記振動増幅手段部が熱可塑性樹脂からなるものであり、前記熱可塑性樹脂が、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂から選ばれるものである、請求項１～８のいずれか１記載の超音波の送受信素子。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の超音波の送受信素子を備えた超音波の送受信装置。
  14. 　板状の圧電素子と、前記板状の圧電素子の少なくとも一面に固定された、振動増幅手段部となる樹脂部を有する超音波の送受信素子であって、
    　前記樹脂部が、前記樹脂部と前記板状の圧電素子で囲まれた内部空間を形成できるように固定されたものであり、
    　前記内部空間が密閉空間である、超音波の送受信素子。
  15. 　板状の圧電素子と、前記板状の圧電素子の少なくとも一面に固定された、振動増幅手段部となる樹脂部を有する超音波の送受信素子であって、
    　前記樹脂部が、前記樹脂部と前記板状の圧電素子で囲まれた内部空間を形成できるように固定されたものであり、
    　前記樹脂部が開口部を有しており、前記内部空間が外部と連通されているものである、超音波の送受信素子。
  16. 　前記樹脂部が、環状平面部と前記環状平面部の内側に形成されたドーム部を有しており、前記ドーム部の内側に空間が形成されているものである、請求項１４または１５記載の超音波の送受信素子。
  17. 　前記圧電素子と前記樹脂部の平面形状が、いずれも円形、楕円形または多角形であり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記樹脂部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２である、請求項１４または１５記載の超音波の送受信素子。
  18. 　前記圧電素子と前記樹脂部の平面形状がいずれも円形、楕円形または多角形であり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記樹脂部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２であり、
    　前記樹脂部の環状平面部の外径（ｄ１）と前記樹脂部のドーム部の外径（ｄ２）の比（ｄ２／ｄ１）が０．４～０．８である、請求項１４または１５記載の超音波の送受信素子。
  19. 　前記圧電素子と前記樹脂部の平面形状がいずれも円形、楕円形または多角形であり、
    　前記圧電素子の投影面積（Ａ１）と前記樹脂部の投影面積（Ａ２）がＡ１≦Ａ２であり、
    　前記樹脂部の環状平面部の外径（ｄ１）と前記樹脂部のドーム部の頂点の前記圧電素子の第１面からの高さ（ｈ１）との比（ｈ１／ｄ１）が０．０５～０．３である、請求項１４または１５記載の超音波の送受信素子。
  20. 　前記圧電素子が圧電セラミックス素子からなるものであり、前記樹脂部が、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなるものである、請求項１４または１５記載の超音波の送受信素子。
  21. 　前記樹脂部が繊維状充填材を含有している、請求項１４または１５記載の超音波の送受信素子。
  22. 　請求項１４または１５記載の超音波の送受信素子を備えた超音波の送受信装置。

     
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