超声波换能器制造技术

本发明专利技术提供一种温度声压特性优良的超声波换能器。超声波换能器(100)具备：超声波产生元件(1)，其具有压电振子(3)、(4)；和箱体(7)、(8)，其具有超声波放射孔(8b)，并收容超声波产生元件(1)，通过超声波产生元件(1)和箱体(7)、(8)，形成从压电振子(3)、(4)起到超声波放射孔(8b)为止的以空气为媒介的声音路径(R1)、(R2)，在声音路径(R1)、(R2)中，通过由压电振子(3)、(4)产生出的超声波，从而以超声波放射孔(8b)为开放端来产生空气的谐振，压电振子(3)、(4)以空气谐振中的温度声压特性与压电振子(3)、(4)的驱动频率下的温度振幅特性为相反倾向的驱动频率而被驱动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波换能器
本专利技术涉及超声波换能器(transducer)，进一步详细来讲，涉及温度声压特性优良的超声波换能器。
技术介绍
在被使用于超声波传感器等的超声波换能器中，温度声压特性非常重要。即使在某个温度下具备充分的输出声压，但由于在温度变化的情况下输出声压降低，超声波不能到达目的物，导致能够使用的用途被限制。例如，温度声压特性差的超声波换能器不能使用于需要对应过于苛刻的温度环境的车载用的距离测定用的超声波传感器。图16中表示专利文献1(JP特开2001-258098号公报)所公开的实现了温度声压特性的改善的现有超声波换能器400。超声波换能器400由压电振子103隔着粘接剂102粘贴在金属板101的背面侧且圆锥漏斗状的谐振器(喇叭(horn))104被粘贴在金属板101的表面侧的构造构成。在压电振子103的背面侧设置了缓冲材105之后，整体被收容在由基底(base)部件106、外罩(cover)107组成的箱体(case)内。在超声波换能器400中，为了实现温度声压特性的改善，使粘接剂102的线膨胀系数比压电振子103的线膨胀系数大，并且使金属板101的线膨胀系数比压电振子103的线膨胀系数小。在超声波换能器400中，由温度变化而导致的粘接剂102的膨胀通过金属板101而被抑制，其结果，由于使压电振子103以翘曲的方式变形的应力降低，因此由温度变化而导致的频率变化量降低，从而温度声压特性被改善。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-258098号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题上述现有的超声波换能器400被认为是实现了对压电振子103、金属板101及对两者进行粘接的粘接剂102的线膨胀系数的调整，并且实现了压电振子103所对应的应力的降低的超声波换能器，对于温度声压特性的改善具有一些效果。但是，在超声波换能器400中，由于未进行针对压电振子103的谐振频率、机械品质因数(Qm)、静电电容、压电常数(d常数)等的温度特性的对策，因此不是彻底的温度声压特性的改善。解决课题的手段本专利技术是为了解决上述现有的超声波换能器所具有的问题而作。作为其手段，本专利技术的超声波换能器具备：超声波产生元件，其具有压电振子；和箱体，其具有超声波放射孔，并收容超声波产生元件，通过超声波产生元件以及箱体，形成从压电振子至超声波放射孔为止的以空气为媒介的声音路径，在声音路径中，通过由压电振子产生出的超声波，以超声波放射孔为开放端来产生空气的谐振，以空气谐振中的温度声压特性与压电振子的驱动频率下的温度振幅特性为相反倾向的驱动频率来驱动压电振子。空气的谐振可以为例如λ/4的谐振。压电振子的驱动频率也可以从25℃下的空气谐振的声压为峰值的频率偏离。例如，在常温25℃下使用的情况下，本来压电振子的驱动频率与25℃下的空气谐振的声压为峰值时的频率一致的情况是最有效率的，但即使比该效率低，也能够实现温度声压特性的改善。此外，超声波产生元件由接合在框架的一个主面的平板状的第1压电振子、与接合在另一主面的平板状的第2压电振子构成，通过以相同频率相反相位而振动的压曲音叉振动模式来驱动第1压电振子以及第2压电振子，声音路径也可以构成为由从第1压电振子至超声波放射孔为止的第1声音路径、和从第2压电振子至超声波放射孔为止的第2声音路径构成。若为该结构，则由于第1声音路径中的空气谐振与第2声音路径中的空气谐振重合而被输出，因此能够进一步提高输出声压。专利技术效果由于以空气谐振中的温度声压特性与压电振子的驱动频率下的温度振幅特性为相反倾向的驱动频率来驱动压电振子，因此由上述结构构成的本专利技术的超声波换能器具有非常优良的温度声压特性。因此，本专利技术的超声波换能器能够在较宽的温度范围下体现稳定的输出声压。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施方式涉及的超声波换能器100的立体图。图2是表示本专利技术的第1实施方式涉及的超声波换能器100的剖面图，表示图1的点划线X-X部分。图3是表示使用于本专利技术的第1实施方式涉及的超声波换能器100的超声波产生元件1(第1压电振子3、第2压电振子4)的分解立体图。图4是表示本专利技术的第1实施方式涉及的超声波换能器100的驱动状态的说明图。图5是表示按温度分类观察到的λ/4的空气谐振中的频率声压特性的曲线图。图6是表示λ/4的空气谐振中的谐振点的温度频率特性的曲线图。图7是表示55kHz时的λ/4的空气谐振中的温度声压特性的曲线图。图8是表示60kHz时的λ/4的空气谐振中的温度声压特性的曲线图。图9是表示65kHz时的λ/4的空气谐振中的温度声压特性的曲线图。图10是表示驱动频率为55kHz时的第1压电振子3以及第2压电振子4的温度振幅特性的曲线图。图11是表示驱动频率为60kHz时的第1压电振子3以及第2压电振子4的温度振幅特性的曲线图。图12是表示驱动频率为65kHz时的第1压电振子3以及第2压电振子4的温度振幅特性的曲线图。图13是表示本专利技术的第1实施方式涉及的超声波换能器100的温度声压特性的曲线图。图14是表示本专利技术的第2实施方式涉及的超声波换能器200的剖面图。图15是表示本专利技术的第3实施方式涉及的超声波换能器300的剖面图。图16是表示现有的超声波换能器400的剖面图。具体实施方式下面，使用附图来说明用于实施本专利技术的方式。[第1实施方式]在图1、图2中表示本专利技术的第1实施方式涉及的超声波换能器100。其中，图1是立体图，图2是表示图1的点划线X-X部分的剖面图。此外，图3中表示使用于超声波换能器100的超声波产生元件1。其中，图3是分解立体图。超声波换能器100具备超声波产生元件1。超声波产生元件1具备：框架2、第1压电振子3和第2压电振子4。框架2具备由在中央部形成直径2.4mm左右的贯通孔2a，厚度200μm左右的陶瓷等组成的框架2。超声波产生元件1是边长为2.8mm的正方形的平面形状，厚度为0.32mm。并且，借助粘接剂5a将双压电晶片(bimorph)型的第1压电振子3安装在框架2的一主面(下侧的主面)，借助粘接剂5b将双压电晶片型的第2压电振子4安装在另一主面(上侧的主面)。也就是说，框架2的贯通孔2a是被第1双压电晶片型压电振子3和第2双压电晶片型压电振子4堵塞住的构造。第1压电振子3由例如锆钛酸铅(PZT)等构成，具备矩形平板状的压电陶瓷(ceramics)3a。并且，在压电陶瓷3a的内部形成由Ag、Pd等构成的内部电极3b，在压电陶瓷3a的两个主面分别形成同样由Ag等构成的外部电极3c、3d。内部电极3b向压电陶瓷3a的相邻的2个角部引出。另一方面，外部电极3c、3d分别向内部电极3b未被引出的、压电陶瓷3a的相邻的2个角部引出。第1压电振子3的厚度为例如60μm左右。第2压电振子4也与第1压电振子3同样地具备例如由PZT等构成的矩形平板状的压电陶瓷4a，在压电陶瓷4a的内部形成由Ag、Pd等构成的内部电极4b，在压电陶瓷4a的两个主面分别形成由Ag等构成的外部电极4c、4d。并且，内部电极4b向压电陶瓷4a的相邻的2个角部引出。外部电极4c、4d分别向内部电极4b未被引出的、压电陶瓷4a的相邻的2个角部引出。第2压电振子4的厚度也为例如60μm左右。第1压电振子3的压电陶瓷3a以及第2压电振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波换能器，具备：超声波产生元件，其具有压电振子；和箱体，其具有超声波放射孔，且收容所述超声波产生元件，通过所述超声波产生元件与所述箱体，形成从所述压电振子到所述超声波放射孔为止的以空气为媒介的声音路径，在所述声音路径中，通过由所述压电振子产生出的超声波，以所述超声波放射孔为开放端来产生空气的谐振，以所述空气谐振中的温度声压特性与所述压电振子的驱动频率下的温度振幅特性为相反倾向的驱动频率，驱动所述压电振子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.03 JP 2011-1702301.一种超声波换能器，具备：超声波产生元件，其具有压电振子；和箱体，其具有超声波放射孔，且收容所述超声波产生元件，通过所述超声波产生元件与所述箱体，形成从所述压电振子到所述超声波放射孔为止的以空气为媒介的声音路径，在所述声音路径中，通过由所述压电振子产生出的超声波，以所述超声波放射孔为开放端来产生空气的谐振，以所述空气谐振中的温度声压特性与所述压电振子的驱动频率下的温度振幅特性为相反倾向的驱动频率，驱动所述压电振子。2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述空气的谐振是λ/4的谐振。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本浩诚，三谷彰宏，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP