超声波换能器的制造方法

文档序号:7991179阅读:258来源:国知局
超声波换能器的制造方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】超声波换能器
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声波换能器(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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]图16中表示专利文献I (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。
[0004]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。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2001-258098号公报
【发明内容】

[0008]发明要解决的课题
[0009]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。
[0010]解决课题的手段
[0011]本发明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,本发明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入/4的谐振。
[0012]压电振子的驱动频率也可以从25°C下的空气谐振的声压为峰值的频率偏离。例如,在常温25°C下使用的情况下,本来压电振子的驱动频率与25°C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。
[0013]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I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I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I压电振子至超声波放射孔为止的第I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I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。
[0014]发明效果
[0015]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发明的超声波换能器具有非常优良的温度声压特性。因此,本发明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。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1是表示本发明的第I实施方式涉及的超声波换能器100的立体图。
[0017]图2是表示本发明的第I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。
[0018]图3是表示使用于本发明的第I实施方式涉及的超声波换能器100的超声波产生元件1(第I压电振子3、第2压电振子4)的分解立体图。
[0019]图4是表示本发明的第I实施方式涉及的超声波换能器100的驱动状态的说明图。
[0020]图5是表示按温度分类观察到的\ /4的空气谐振中的频率声压特性的曲线图。
[0021]图6是表示入/4的空气谐振中的谐振点的温度频率特性的曲线图。
[0022]图7是表示55kHz时的入/4的空气谐振中的温度声压特性的曲线图。
[0023]图8是表示60kHz时的入/4的空气谐振中的温度声压特性的曲线图。
[0024]图9是表示65kHz时的入/4的空气谐振中的温度声压特性的曲线图。
[0025]图10是表不驱动频率为55kHz时的第I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。
[0026]图11是表示驱动频率为60kHz时的第I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。
[0027]图12是表示驱动频率为65kHz时的第I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。
[0028]图13是表示本发明的第I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。[0029]图14是表示本发明的第2实施方式涉及的超声波换能器200的剖面图。
[0030]图15是表示本发明的第3实施方式涉及的超声波换能器300的剖面图。
[0031]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】
[0032]下面,使用附图来说明用于实施本发明的方式。
[0033][第I实施方式]
[0034]在图1、图2中表示本发明的第I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I。其中,图3是分解立体图。
[0035]超声波换能器100具备超声波产生元件I。
[0036]超声波产生元件I具备:框架2、第I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200 U m左右的陶瓷等组成的框架2。超声波产生元件I是边长为2.8mm的正方形的平面形状,厚度为0.32_。
[0037]并且,借助粘接剂5a将双压电晶片(bimorph)型的第I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I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。
[0038]第I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,夕卜部电极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I压电振子3的厚度为例如60 iim左右。
[0039]第2压电振子4也与第I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60iim左右。
[0040]第I压电振子3的压电陶瓷3a以及第2压电振子4的压电陶瓷4a分别在内部被极化。另外,在压电陶瓷3a中,外部电极3c和内部电极3b之间、与内部电极3b和外部电极3d之间的极化方向相同。同样地,在压电陶瓷4a中,外部电极4c和内部电极4b之间、与内部电极4b和外部电极4d之间的极化方向相同。同样地,压电陶瓷3a的外部电极3c和内部电极3b之间以及内部电极3b和外部电极3d之间、与压电陶瓷4a的外部电极4c和内部电极4b之间以及内部电极4b和外部电极4d之间的极化方向相反。
[0041]在超声波产生元件I的4个角部分别形成引出电极6a、6b、6c、6d。相邻的2个引出电极6a、6b均分别与压电陶瓷3a的内部电极3b以及压电陶瓷4a的内部电极4b电连接。另一方面,剩下的相邻的2个引出电极6c、6d均分别与压电陶瓷3a的外部电极3c、3d以及压电陶瓷4a的外部电极4c、4d电连接。(引出电极6a、6d被图2所示,而引出电极6b、6c省略图不,任意的图中均未表不。)引出电极6a、6b、6c、6d例如由Ag构成。[0042]接下来,对超声波换能器100的驱动状态进行说明。图4 (A)、图4 (B)表示向超声波换能器100的超声波产生元件I施加了规定频率的交流电流的状态。在超声波换能器100中,由于如上所述形成内部电极3b、4b以及外部电极3c、3d、4c、4d,并且如上所述被极化,因此通过施加交流电压,构成超声波产生元件I的第I压电振子3以及第2压电振子4以相同的频率、相互相反的相位振动,重复图4(A)以及图4(B)所示的状态。也就是说,超声波产生元件I通过压曲音叉振动模式而被驱动,分别从第I压电振子3以及第2压电振子4中放射超声波。另外,在本实施方式中,构成超声波产生元件I的第I压电振子3以及第2压电振子4的谐振频率为60kHz。
[0043]超声波换能器100具备由基底部件7以及盖体部件8构成的箱体,其中,该基底部件7由环氧玻璃(glass epoxy)等构成的,该盖体部件8由锌白铜等构成。
[0044]基底部件7为矩形平板状。在基底部件7的上侧主面形成有多个焊盘电极(未图示),在超声波产生元件I的4个角部形成的引出电极6a、6b、6c、6d通过导电性粘接剂9,尽可能小地与这些焊盘电极接合,以使得对声音路径不产生影响。(虽然在图2中导电性粘接剂9不是截面,但是为了容易看而加上了花纹。)这样,超声波产生元件I被装载在基底部件7上。基底部件7是边长为4.0mm的正方形的平面形状,厚度为0.3mm。
[0045]在盖体部件8形成用于收容超声波产生元件I的开口 8a,进一步地在顶板部分形成表现出超声波的超声波放射孔8b。虽然超声波放射孔8b的形状、个数任意,但在本实施方式中,形成俯视为矩形的4个超声波放射孔8b。盖体部件8将超声波产生元件I收容在开口 8a之后,开口 8a的周边例如通过粘接剂(未图示)而被接合在基底部件7的上侧主面。盖体部件8是边长为3.6mm的正方形的平面形状,高度为0.65mm。
[0046]在超声波换能器100中,通过超声波产生元件I和由基底部件7以及盖体部件8构成的箱体,形成以空气为媒介的声音路径。具体来讲,将第I压电振子3的振动面上的位移最大的部分作为谐振的波腹Fl,将超声波放射孔Sb作为谐振的开放端,形成产生X/4的谐振的第I声音路径R1。此外,将第2压电振子4的振动面上的位移最大的部分作为谐振的波腹F2,将超声波放射孔Sb作为谐振的开放端,形成产生\ /4的谐振的第2声音路径R2。另外,在图2中,用虚线箭头表示第I以及第2声音路径R1、R2。另外,在本实施方式中,由于在盖体部件8上形成4个超声波放射孔Sb,因此第I以及第2声音路径Rl、R2分别在4个方向上具备4个路径。
[0047]第I以及第2声音路径R1、R2的声音特性能够根据声音路径的高度(超声波产生元件I与基底部件7、盖体部件8的间隔)、声音路径的宽度、声音路径的长度等而自由地调整。虽然第I声音路径Rl与第2声音路径R2的长度不同,产生相位差,但是声音路径的长度差仅仅为作为超声波产生元件I的厚度的320 U m左右,在声音特性上几乎没有差别。也就是说,通过超声波产生元件I而被放射的超声波为60kHz,转换为波长为5.7_,对此,声音路径的长度差为320iim左右,0.06 A以下,在声音特性上几乎没有差别。
[0048]在本实施方式中,超声波产生元件I与基底部件7的间隔为30 以上,最好为100?200 u m,超声波产生元件I与盖体部件8的间隔为30 y m以上,最好为100?200 u m。因此,使从第I压电振子3以及第2压电振子4中放射的超声波的声波相位一致,从而能够提闻声压。
[0049]在超声波换能器100中,通过驱动超声波产生元件I (第I压电振子3、第2压电振子4),从而在第I声音路径Rl以及第2声音路径R2中,利用分别从第I压电振子3放射的超声波以及从第2压电振子4放射的超声波,产生X/4的空气谐振。并且,第I声音路径Rl中的空气谐振与第2声音路径R2中的空气谐振重叠,从超声波放射孔8b放射输出声压高的超声波。另外,对超声波产生元件1(第I压电振子3、第2压电振子4)进行驱动的频率与在第I压电振子3、第2压电振子4中产生的超声波的频率基本一致。
[0050]空气的谐振由声速支配,由于声速根据温度而变化(声速(m/s) = 331.5+0.61t(t为摄氏温度)),因此' /4的空气谐振中的频率声压特性如图5所示,表示各个温度下的固有特性。各温度的频率声压特性分别在特定的频率下具有声压的峰值点。若将该峰值点作为谐振点,则谐振点的温度频率特性如图6所示为直线状。由图6可知,例如,由于25°C时的谐振点为62kHz附近,因此在25°C下使用超声波换能器100的情况下,若以62kHz附近来驱动压电振子1,则声压最高,效率好。
[0051]若从图5所示的各个温度的频率声压特性中,导出特定频率下的\ /4的空气谐振中的温度声压特性,则成为图7?图9所示的曲线图。其中,图7表示55kHz下的温度声压特性,图8表示60kHz下的温度声压特性,图9表示65kHz下的温度声压特性。
[0052]55kHz下的入/4的空气谐振中的温度声压特性如图7所示,若温度上升则声压降低。在本说明书中,为了方便,将该倾向定义为“N(Negative,负向)倾向”。
[0053]60kHz下的\ /4的空气谐振中的温度声压特性如图8所示,到规定的温度(20°C前后)为止,若温度上升则声压升高,从上述规定的温度起,若温度上升则声压降低。在本说明书中,为了方便,将该倾向定义为“山形倾向”。
[0054]65kHz下的入/4的空气谐振中的温度声压特性如图9所示,在大部分的区域(从(TC以下的低温起到80°C附近为止的区域)中,若温度上升则声压升高。在本说明书中,为了方便,将该倾向定义为“P(PositiVe,正向)倾向”。
[0055]另一方面,构成超声波产生元件I的第I压电振子3以及第2压电振子4在各个驱动频率(每次变更驱动频率)下,表示固有的温度振幅特性。另外,若驱动频率固定,则振幅越大,产生的超声波的声压越高。图10?图12中表示特定的驱动频率下的第I压电振子3以及第2压电振子4的温度振幅特性。其中,图10表示驱动频率为55kHz下的温度振幅特性,图11表示驱动频率为60kHz下的温度振幅特性,图12表示驱动频率为65kHz下的温度振幅特性。
[0056]驱动频率为55kHz下的温度振幅特性如图10所示,若温度上升则振幅变大。在本说明书中,为了方便,将该倾向定义为“P(PositiVe,正向)倾向”。
[0057]驱动频率为60kHz下的温度振幅特性如图11所示,到规定的温度(25°C前后)为止,若温度上升则振幅变大,从上述规定的温度起,若温度上升则振幅变小。在本说明书中,为了方便,将该倾向定义为“山形倾向”。
[0058]驱动频率为65kHz下的温度振幅特性如图12所示,若温度上升则振幅变小。在本说明书中,为了方便,将该倾向定义为“N倾向(Negative,负向)”。
[0059]在本实施方式中的超声波换能器100中,考虑到图7?图9所示的特定频率(55kHz、60kHz、65kHz)下的入/4的空气谐振中的温度声压特性与图10?图12所示的特定的驱动频率(55kHz、60kHz、65kHz)下的第I压电振子3以及第2压电振子4的温度振幅特性,将超声波产生元件1(第I压电振子3、第2压电振子4)的驱动频率设定为65kHz。也就是说,超声波换能器100将超声波产生元件I (第I压电振子3、第2压电振子4)的驱动频率设定为65kHz,通过使互为相反倾向的图9所示的65kHz下的\ /4的空气谐振中的温度声压特性的“P倾向”与图12所示的驱动频率为65kHz下的温度振幅特性的“N倾向”相抵消,来改善温度声压特性。图13中表示与本发明的第I实施方式有关的超声波换能器100的温度声压特性。如图13所示,在超声波换能器100中,从_20°C附近起到80°C附近为止,为优良的温度声压特性。也就是说,即使使用的温度环境变化,超声波换能器100的输出声压的变化也小。
[0060]另外,通过使图7所示的55kHz下的X /4的空气谐振中的温度声压特性的“N倾向”与图10所示的驱动频率为55kHz下的温度振幅特性的“P倾向”相抵消,从而能够改善超声波换能器100的温度声压特性。
[0061]由相关构造构成的超声波换能器100例如通过下面的方法来制造。
[0062]首先,制作第I压电振子3以及第2压电振子4。具体来讲,准备由规定形状构成的多枚压电陶瓷印刷电路基板(ceramic green sheet),在这些电路基板的表面,将用于形成内部电极3b、4b与外部电极3c、3d、4c、4d的导电性膏体(paste)印刷为规定的形状。接下来,在对规定的压电陶瓷印刷电路基板进行层叠、加压后,使用规定的靠模(proFile)来进行烧成,从而获得形成了内部电极3b、外部电极3c、3d的第I压电振子3以及形成内部电极4b、外部电极4c、4d的第2压电振子4。另外,在烧成了层叠的压电陶瓷印刷电路基板之后,夕卜部电极3c、3d、4c、4d也可以通过印刷或者派射(spatter)等来形成。
[0063]接下来,准备被制作成预先规定的形状的框架2,将第I压电振子3以及第2压电振子4通过粘接剂5a、5b来分别与框架2的两个主面粘合,从而得到超声波产生元件I。
[0064]接下来,使用例如派射法(spattering)等技术,在超声波产生元件I的4个角部形成引出电极6a、6b、6c、6d。
[0065]接下来,准备被制作成预先规定的形状的基底部件7以及盖体部件8,使用导电性粘接剂9,将超声波产生元件I装载于基底部件7后,使用粘接剂(未图示),将盖体部件8接合在基底部件7的上侧的主面,从而完成超声波换能器100。
[0066]以上,对与本发明的第I实施方式有关的超声波换能器100的构造、制造方法的一个例子进行了说明。但是,本发明的超声波换能器并不限定于上述内容,按照发明的主旨,能够进行各种变更。
[0067]例如,在超声波换能器100中,虽然将双压电晶片型压电振子使用于构成超声波产生元件I的第I压电振子3以及第2压电振子4,但也可以取而代之地使用例如单压电晶片(unimorph)型压电振子、多压电晶片(multimorph)型压电振子等其他种类的振荡器。另外,在第I压电振子3以及第2压电振子4为双压电晶片型压电振子、多压电晶片型压电振子的情况下,由于通过形成在振荡器的端面的电极就能够与外部连接,因此不需使用焊丝(bonding wire)。因此,不需要用于连接焊丝的空间,因此能够实现小型化,并且由压电振子与基底部件或者盖体部件构成的间隙变小,从振荡器中放射的超声波被进一步压缩,从而能够进一步提高声压。此外,由于被施加到压电陶瓷的电场强,因此双压电晶片型压电振子、多压电晶片型压电振子与单压电晶片型压电振子相比驱动力大。因此,在第I压电振子3以及第2压电振子4是双压电晶片型压电振子、多压电晶片型压电振子的情况下,能够进一步提闻声压。[0068]此外,取代具有第I压电振子3以及第2压电振子4的超声波产生元件1,也可以使用具有I个压电振子的超声波产生元件。
[0069]此外,基底部件7、盖体部件8的形状、大小等也是任意的,能够进行变更。
[0070]进一步地,形成于盖体部件8的超声波放射孔Sb的形状、个数、形成位置等也是任意的,能够进行变更。
[0071][第2实施方式]
[0072]图14中表示与本发明的第2实施方式有关的超声波换能器200。其中,图14为剖面图。
[0073]虽然在上述的第I实施方式的超声波换能器100中,使用具有第I压电振子3以及第2压电振子4的超声波产生元件I作为超声波产生源,但在本实施方式的超声波换能器200中,使用了具有I个压电振子13的超声波产生元件11作为超声波产生源。
[0074]超声波换能器200具备箱体,该箱体由超声波产生元件11、环氧玻璃等构成的基底部件17、锌白铜等构成的盖体部件18组成。超声波产生元件11具备底座12和压电振子13。
[0075]底座12在中央部形成贯通孔,为框状。双压电晶片型的压电振子13通过粘接剂(未图示)而被安装在底座12的一主面(上侧的主面)。底座12的另一主面(下侧的主面)与基底部件17接合。
[0076]压电振子13具备矩形平板状的压电陶瓷13a。并且,在压电陶瓷13a的内部形成内部电极13b,在压电陶瓷13a的两个主面形成外部电极13c、13d。内部电极13b向压电陶瓷13a的相邻的2个角部引出。另一方面,夕卜部电极13c、13d分别向未引出内部电极13b的压电陶瓷13a的相邻的2个角部引出。压电陶瓷13a在内部被极化。在压电振子13的4个角部分别形成引出电极16a、16b、16c、16d。
[0077]基底部件17为矩形平板状。在基底部件17的上侧主面形成多个焊盘电极(未图示),在压电振子13的4个角部形成的引出电极16a、16b、16c、16d通过导电性粘接剂19,尽可能小地与这些焊盘电极粘合,以使得对声音路径不产生影响。(虽然在图14中导电性粘接剂19不是截面,但为了容易看而加上了花纹。)这样,超声波产生元件11被装载在基底部件17上。
[0078]在盖体部件18上形成用于收容超声波产生元件11的开口 18a,进一步在顶板部分形成超声波放射孔18b。盖体部件18将超声波产生元件11收容在开口 18a后,开口 18a的周边通过例如粘接剂(未图示)被接合在基底部件17的上侧主面。
[0079]在超声波换能器200中,利用超声波产生元件11以及由基底部件17和盖体部件18构成的箱体,形成以空气为媒介的声音路径。具体来讲,将压电振子13的振动面上的位移最大的部分作为谐振的波腹F,将超声波放射孔18b作为谐振的开放端,从而形成产生入/4的谐振的声音路径R。另外,在图14中,通过虚线箭头来表示声音路径R。
[0080]在与第2实施方式有关的超声波换能器200中,超声波产生元件11 (压电振子13)以入/4的空气谐振中的温度声压特性与压电振子13的驱动频率下的温度振幅特性为相反倾向、X/4的空气谐振中的温度声压特性与压电振子13的驱动频率下的温度振幅特性相抵消的这样的驱动频率而被驱动。因此,超声波换能器200也具备优良的温度声压特性。
[0081][第3实施方式][0082]图15中表示与本发明的第3实施方式有关的超声波换能器300。其中,图15为剖面图。
[0083]虽然在上述的第I实施方式的超声波换能器100中,使用具有第I压电振子3以及第2压电振子4的超声波产生元件I作为超声波产生源,但在本实施方式的超声波换能器300中,使用了具有I个压电振子23的超声波产生元件21作为超声波产生源。
[0084]超声波换能器300具备箱体,该箱体由超声波产生元件21、环氧玻璃等构成的基底部件27、锌白铜等构成的盖体部件28组成。超声波产生元件21具备空腔谐振器(cavity) 22以及压电振子23。
[0085]空腔谐振器22形成凹部22a。双压电晶片型的压电振子23通过粘接剂(未图示)而被安装在空腔谐振器22的一主面(下侧的主面)。
[0086]压电振子23具备矩形平板状的压电陶瓷23a。并且,在压电陶瓷23a的内部形成内部电极23b,在压电陶瓷23a的两个主面形成外部电极23c、23d。内部电极23b向压电陶瓷23a的相邻的2个角部引出。另一方面,夕卜部电极23c、23d分别向未引出内部电极23b的压电陶瓷23a的相邻的2个角部引出。压电陶瓷23a在内部被极化。在压电振子23的4个角部分别形成引出电极26a、26b、26c、26d。
[0087]基底部件27为矩形平板状。在基底部件27的上侧主面形成多个焊盘电极(未图示),在压电振子23的4个角部形成的引出电极26a、26b、26c、26d通过导电性粘接剂29,尽可能小地与这些焊盘电极粘合,以使得对声音路径不产生影响。(虽然在图15中导电性粘接剂29不是截面,但为了容易看而加上了花纹。)这样,超声波产生元件21被装载在基底部件27上。
[0088]在盖体部件28上形成用于收容超声波产生元件21的开口 28a,进一步在顶板部分形成超声波放射孔28b。盖体部件28将超声波产生元件21收容在开口 28a后,开口 28a的周边通过例如粘接剂(未图示)而被接合在基底部件27的上侧主面。
[0089]在超声波换能器300中,通过超声波产生元件21以及由基底部件27和盖体部件28构成的箱体,形成以空气为媒介的声音路径。具体来讲,将压电振子23的振动面上位移最大的部分作为谐振的波腹F,将超声波放射孔28b作为谐振的开放端,来形成产生\ /4的谐振的声音路径R。另外,在图15中,通过虚线箭头来表示声音路径R。
[0090]在与第3实施方式有关的超声波换能器300中,超声波产生元件21 (压电振子23)以入/4的空气谐振中的温度声压特性与压电振子13的驱动频率下的温度振幅特性为相反倾向、X/4的空气谐振中的温度声压特性与压电振子13的驱动频率下的温度振幅特性相抵消的这样的驱动频率而被驱动。因此,超声波换能器300也具备优良的温度声压特性。
[0091]符号说明:
[0092]1、11、21:超声波产生元件
[0093]2:框架
[0094]2a:贯通孔
[0095]3:第I压电振子
[0096]3a、4a、13a、23a:压电陶瓷
[0097]3b、4b、l3b、23b:内部电极
[0098]3c、3d、4c、4d、13c、13d、23c、23d:外部电极[0099]4:第2压电振子
[0100]5a、5b:粘接剂
[0101]6a、6b、6c、6d、16a、16b、16c、16d、26a、26b、26c、26d:引出电极
[0102]7、17、27:基底部件
[0103]8、18、28:盖体部件
[0104]8a、18a、28a:开口
[0105]8b、18b、28b:超声波放射孔
[0106]9、19、29:导电性粘接剂
[0107]12:底座
[0108]13、23:压电振子
[0109]22:空腔谐振器
[0110]22a:凹部
[0111]100、200、300:超声波换能器
[0112]R1、R2、R:声音路径
[0113]FUF2.F: A /4的空气谐振的波腹
【权利要求】
1.一种超声波换能器,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、/4的谐振。
3.根据权利要求1或2所述的超声波换能器,其特征在于, 所述压电振子的所述驱动频率从25°C下的所述空气谐振的声压为峰值时的频率偏离。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的超声波换能器,其特征在于, 所述超声波产生元件由接合在框架的一个主面的平板状的第I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、相反相位振动的压曲音叉振动模式来驱动所述第I压电振子与所述第2压电振子, 所述声音路径由从所述第I压电振子至所述超声波放射孔为止的第I声音路径、与从所述第2压电振子至所述超声波放射孔为止的第2声音路径构成。
【文档编号】H04R17/00GK103703794SQ201280035312
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2011年8月3日
【发明者】山本浩诚, 三谷彰宏 申请人:株式会社村田制作所
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1