JP2022188431A - Ultrasonic transducer and non-contact tactile sense presentation device - Google Patents

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隆幸 後藤
Takayuki Goto
茂雄 石井
Shigeo Ishii
寛之 清水
Hiroyuki Shimizu
純明 岸本
Sumiaki Kishimoto
雄一 濤川
Yuichi Namikawa
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

To provide an ultrasonic transducer having satisfactory sound pressure characteristics and stable frequency characteristics and structured suitable for downsizing and reduction in height, and a non-contact tactile sense presentation device.SOLUTION: An ultrasonic transducer according to the present invention comprises a housing and a long ultrasonic vibrator. The housing comprises a diaphragm including a first principal surface and a second principal surface which is an opposite type of the first principal surface. The diaphragm includes an inner peripheral region, an outer peripheral region enclosing the inner peripheral region, and an intermediate region positioned between the inner peripheral region and the outer peripheral region. The intermediate region includes a plurality of openings penetrating the diaphragm, and a beam part positioned between the plurality of openings and connecting the inner peripheral region and the outer peripheral region. An internal space communicating with the external space via the plurality of through holes is formed at the side of the first principal surface of the diaphragm. The ultrasonic vibrator is joined to the inner peripheral region of the first principal surface and stored in the internal space.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波を放出する超音波トランスデューサ及び非接触触覚提示デバイスに関する。 The present invention relates to ultrasonic transducers and non-contact tactile presentation devices that emit ultrasonic waves.

超音波トランスデューサは、車両接近感知センサや物体距離のトラッキング用センサとして用いられている。また、超音波トランスデューサは超音波を用いる非接触触感提示デバイスにおいても超音波発生源として用いられている。例えば、特許文献１乃至３には、各種構成を有する超音波トランスデューサが開示されている。 Ultrasonic transducers are used as vehicle proximity sensors and object distance tracking sensors. Ultrasonic transducers are also used as ultrasonic wave sources in non-contact tactile presentation devices that use ultrasonic waves. For example, Patent Documents 1 to 3 disclose ultrasonic transducers having various configurations.

特開２０１６－０６３３５１号公報JP 2016-063351 A 国際公開第２０１５／０１１９５６号WO2015/011956 国際公開第２０１６／１０４４１４号WO2016/104414

特許文献１乃至３に記載のような超音波トランスデューサは、基板、振動子、振動板及びホーン等を組み合わせることで、優れた音圧特性を得られるように構成されている。しかしながら、そのような構成では部材が多く必要であり、製造にも多くのプロセスが必要である。さらに組み立てによる音圧のロスや、共振周波数のずれが生じるおそれもある。また、超音波トランスデューサの筐体に直接振動子を貼り付ける構成の場合、筐体の剛性が高いため、共振周波数が所望の周波数より高くなりやすく、筐体のサイズが大きくなりやすい。さらに、振動子の貼り付け位置によっては、振動子を構成する圧電材料は実装時の熱処理の影響等によって脱分極を生じ、性能が低下するおそれがある。 Ultrasonic transducers such as those described in Patent Documents 1 to 3 are configured to obtain excellent sound pressure characteristics by combining a substrate, a vibrator, a diaphragm, a horn, and the like. However, such a configuration requires many parts and many processes for manufacturing. Furthermore, there is a risk of sound pressure loss due to assembly and a shift in resonance frequency. Further, in the case of a configuration in which the vibrator is attached directly to the housing of the ultrasonic transducer, the housing has high rigidity, so the resonance frequency tends to be higher than the desired frequency, and the housing tends to be large in size. Furthermore, depending on the attachment position of the vibrator, the piezoelectric material forming the vibrator may be depolarized due to heat treatment during mounting, and the performance may be degraded.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、良好な音圧特性と安定した周波数特性を有し、小型化及び低背化に適した構造を有する超音波トランスデューサ及び非接触触覚提示デバイスを提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer and a non-contact tactile sense presentation device having good sound pressure characteristics and stable frequency characteristics, and having a structure suitable for miniaturization and low profile. to provide.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る超音波トランスデューサは、筐体と、長超音波振動子とを具備する。
上記筐体は、第１の主面と、上記第１の主面とは反対型の第２の主面を有する振動板であって、内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域と、上記内周領域と上記外周領域の間に位置する中間領域とを有し、上記中間領域は、上記振動板を貫通する複数の開口部と、上記複数の開口部の間に位置し、上記内周領域と上記外周領域を接続する梁部を有する振動板を備え、上記振動板の上記第1の主面側に上記複数の貫通孔により外部空間と連通する内部空間を形成する。
上記超音波振動子は上記第１の主面の上記内周領域に接合され、上記内部空間に収容されている。 To achieve the above object, an ultrasonic transducer according to one aspect of the present invention includes a housing and a long ultrasonic transducer.
The housing is a diaphragm having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and has an inner peripheral region and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region. , an intermediate region located between the inner peripheral region and the outer peripheral region, the intermediate region having a plurality of openings penetrating through the diaphragm and located between the plurality of openings; A diaphragm having beams connecting the inner peripheral area and the outer peripheral area is provided, and an internal space communicating with an external space is formed by the plurality of through holes on the first main surface side of the diaphragm.
The ultrasonic transducer is joined to the inner peripheral region of the first main surface and accommodated in the internal space.

上記超音波トランスデューサは、上記第１の主面に対向し、上記筐体に接合され、上記筐体と共に上記内部空間を形成する基板と、
上記基板の、上記第１の主面とは反対側の面に設けられ、上記超音波振動子に電気的に接続された外部端子と
をさらに具備してもよい。 a substrate, wherein the ultrasonic transducer faces the first main surface, is bonded to the housing, and forms the internal space together with the housing;
An external terminal provided on a surface of the substrate opposite to the first main surface and electrically connected to the ultrasonic transducer may be further provided.

上記超音波振動子は、上記第１の主面に接合される接合面に設けられた正極外部電極子と負極外部電極を有し、
上記振動板は、上記内周領域に設けられ、上記振動板を貫通し、上記正極外部電極及び上記負極外部電極を上記振動板から離間させる絶縁孔をさらに有してもよい。 The ultrasonic transducer has a positive electrode external electrode and a negative electrode external electrode provided on a bonding surface bonded to the first main surface,
The diaphragm may further have an insulating hole that is provided in the inner peripheral region, penetrates the diaphragm, and separates the positive external electrode and the negative external electrode from the diaphragm.

上記超音波トランスデューサは、超音波共振子を具備しないものであってもよい。 The ultrasonic transducer may be one without an ultrasonic resonator.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る非接触触覚提示デバイスは、複数の超音波トランスデューサを備える。
上記超音波トランスデューサは、第１の主面と、上記第１の主面とは反対型の第２の主面を有する振動板であって、内周領域と、上記内周領域を囲む外周領域と、上記内周領域と上記外周領域の間に位置する中間領域とを有し、上記中間領域は、上記振動板を貫通する複数の開口部と、上記複数の開口部の間に位置し、上記内周領域と上記外周領域を接続する梁部を有する振動板を備え、上記振動板の上記第1の主面側に上記複数の貫通孔により外部空間と連通する内部空間を形成する筐体と、上記第１の主面の上記内周領域に接合され、上記内部空間に収容された超音波振動子とを具備する。 To achieve the above object, a non-contact tactile presentation device according to one aspect of the present invention includes a plurality of ultrasonic transducers.
The ultrasonic transducer is a vibration plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and has an inner peripheral region and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region. and an intermediate region positioned between the inner peripheral region and the outer peripheral region, wherein the intermediate region is positioned between a plurality of openings passing through the diaphragm and the plurality of openings, A housing comprising a diaphragm having beams connecting the inner peripheral region and the outer peripheral region, and forming an internal space communicating with an external space by the plurality of through holes on the first main surface side of the diaphragm. and an ultrasonic transducer that is joined to the inner peripheral region of the first main surface and accommodated in the internal space.

以上のように本発明によれば、良好な音圧特性と安定した周波数特性を有し、小型化及び低背化に適した構造を有する超音波トランスデューサ及び非接触触覚提示デバイスを提供することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic transducer and a non-contact tactile sense presentation device having good sound pressure characteristics and stable frequency characteristics, and having a structure suitable for miniaturization and low profile. It is possible.

本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサの断面図である。1 is a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the invention; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える筐体の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a housing included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える筐体の斜視図である。4 is a perspective view of a housing included in the ultrasonic transducer; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える筐体の斜視図である。4 is a perspective view of a housing included in the ultrasonic transducer; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える振動板の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a diaphragm included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える振動板の領域を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a region of a diaphragm included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える超音波振動子の断面図である。4 is a cross-sectional view of an ultrasonic transducer included in the ultrasonic transducer; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える、超音波振動子が接合された筐体の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a housing of the ultrasonic transducer, to which an ultrasonic transducer is joined; 上記超音波トランスデューサの動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows operation|movement of the said ultrasonic transducer. 上記超音波トランスデューサが備える、他の形状を有する開口部を備える振動板の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a diaphragm having an opening having another shape, included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える振動板の領域を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a region of a diaphragm included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える、他の形状を有する開口部を備える振動板の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a diaphragm having an opening having another shape, included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える振動板の領域を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a region of a diaphragm included in the ultrasonic transducer; 本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサの断面図である。1 is a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the invention; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える筐体の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a housing included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える筐体の斜視図である。4 is a perspective view of a housing included in the ultrasonic transducer; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える筐体の斜視図である。4 is a perspective view of a housing included in the ultrasonic transducer; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える振動板の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a diaphragm included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える振動板の領域を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a region of a diaphragm included in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える超音波振動子の断面図である。4 is a cross-sectional view of an ultrasonic transducer included in the ultrasonic transducer; FIG. 上記超音波トランスデューサが備える、超音波振動子が接合された筐体の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a housing of the ultrasonic transducer, to which an ultrasonic transducer is joined; 上記超音波トランスデューサの動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows operation|movement of the said ultrasonic transducer. 上記超音波トランスデューサが備える、他の形状を有する絶縁孔を備える振動板の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a diaphragm provided with insulating holes having another shape, which is provided in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える、他の形状を有する絶縁孔を備える振動板の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a diaphragm provided with insulating holes having another shape, which is provided in the ultrasonic transducer; 上記超音波トランスデューサが備える、他の形状を有する絶縁孔を備える振動板の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a diaphragm provided with insulating holes having another shape, which is provided in the ultrasonic transducer;

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサについて説明する。 (First embodiment)
An ultrasonic transducer according to a first embodiment of the invention will be described.

［超音波トランスデューサの構成］
図１は、本実施形態に係る超音波トランスデューサ１００の断面図である。同図に示すように、超音波トランスデューサ１００は、筐体１０１、基板１０２、超音波振動子１０３、正極配線１０４、負極配線１０５、正極外部端子１０６及び負極外部端子１０７を備える。 [Configuration of Ultrasonic Transducer]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic transducer 100 according to this embodiment. As shown in the figure, the ultrasonic transducer 100 includes a housing 101 , a substrate 102 , an ultrasonic transducer 103 , a positive wiring 104 , a negative wiring 105 , a positive external terminal 106 and a negative external terminal 107 .

筐体１０１は超音波トランスデューサ１００の振動板を構成し、かつ基板１０２と共に内部空間Ｒを形成する。図２は、筐体１０１の断面図である。同図に示すように筐体１０１は振動板１２１と側壁部１２２を有する。振動板１２１は平板状であり、図２に示すように第１主面１２１ａと第２主面１２１ｂを有する。第１主面１２１ａと第２主面１２１ｂは互いに振動板１２１の反対側の主面である。 The housing 101 constitutes the diaphragm of the ultrasonic transducer 100 and forms an internal space R together with the substrate 102 . FIG. 2 is a cross-sectional view of the housing 101. As shown in FIG. As shown in the figure, the housing 101 has a diaphragm 121 and side walls 122 . The diaphragm 121 has a flat plate shape, and has a first main surface 121a and a second main surface 121b as shown in FIG. The first main surface 121a and the second main surface 121b are opposite main surfaces of the diaphragm 121 to each other.

図３及び図４は筐体１０１の斜視図である。図３は筐体１０１を第１主面１２１ａ側から見た斜視図であり、図４は筐体１０１を第１主面１２１ａ側から見た斜視図である。図２は図３及び図４におけるＡ－Ａ線での断面図である。図５は振動板１２１の平面図であり、振動板１２１を第２主面１２１ｂ側からみた図である。図６は振動板１２１おける領域を示す模式図であり、振動板１２１を第２主面１２１ｂ側からみた図である。 3 and 4 are perspective views of the housing 101. FIG. 3 is a perspective view of the housing 101 viewed from the first main surface 121a side, and FIG. 4 is a perspective view of the housing 101 viewed from the first main surface 121a side. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 5 is a plan view of the diaphragm 121, and is a view of the diaphragm 121 viewed from the second main surface 121b side. FIG. 6 is a schematic diagram showing regions of the diaphragm 121, and is a view of the diaphragm 121 as viewed from the second main surface 121b side.

図６に示すように振動板１２１は、内周領域１３１、外周領域１３２及び中間領域１３３を有する。内周領域１３１は振動板１２１の中央部に位置する領域であり、矩形形状を有する。外周領域１３２は、振動板１２１の外周部に位置し、内周領域１３１を囲む領域である。中間領域１３３は、内周領域１３１と外周領域１３２の間に位置する領域である。なお、第1主面１２１ａも第２主面１２１ｂと同様に内周領域１３１、外周領域１３２及び中間領域１３３を有する。 As shown in FIG. 6, diaphragm 121 has inner peripheral region 131 , outer peripheral region 132 and intermediate region 133 . The inner peripheral region 131 is a region located in the central portion of the diaphragm 121 and has a rectangular shape. The outer peripheral region 132 is located on the outer peripheral portion of the diaphragm 121 and surrounds the inner peripheral region 131 . The intermediate area 133 is an area located between the inner peripheral area 131 and the outer peripheral area 132 . The first main surface 121a also has an inner peripheral region 131, an outer peripheral region 132 and an intermediate region 133, like the second main surface 121b.

図５及び図６に示すように、中間領域１３３には開口部１３４及び梁部１３５が設けられている。開口部１３４は図２に示すように振動板１２１を貫通する孔であり、複数が設けられている。梁部１３５は中間領域１３３のうち開口部１３４が設けられていない部分であり、開口部１３４の間に位置する。図５に示すように、内周領域１３１と外周領域１３２は開口部１３４によって離間され、梁部１３５によって互いに接続されている。 As shown in FIGS. 5 and 6, the intermediate region 133 is provided with openings 134 and beams 135 . The openings 134 are holes penetrating through the diaphragm 121 as shown in FIG. 2, and a plurality of openings 134 are provided. The beams 135 are portions of the intermediate region 133 where the openings 134 are not provided and are positioned between the openings 134 . As shown in FIG. 5, inner peripheral region 131 and outer peripheral region 132 are separated by opening 134 and connected to each other by beam 135 .

側壁部１２２は、振動板１２１の周縁から第1主面１２１ａに対して垂直方向に延伸する壁状部分である。側壁部１２２は、図３に示すように振動板１２１の全周にわたって設けられ、図1に示すように振動板１２１と基板１０２の間を閉塞する。筐体１０１の材料は特に限定されないが、アルミニウム、アロイ、銅等の一般に振動板として利用される材料からなる。 The side wall portion 122 is a wall-shaped portion extending from the peripheral edge of the diaphragm 121 in a direction perpendicular to the first main surface 121a. The side wall portion 122 is provided along the entire circumference of the diaphragm 121 as shown in FIG. 3, and closes the space between the diaphragm 121 and the substrate 102 as shown in FIG. Although the material of the housing 101 is not particularly limited, it is made of a material generally used as a diaphragm, such as aluminum, alloy, or copper.

基板１０２は筐体１０１に接合され、筐体１０１と共に内部区間を形成する。基板１０２は図１に示すように、側壁部１２２の端部に接合され、振動板１２１、側壁部１２２及び基板１０２に囲まれた内部空間Ｒが形成される。基板１０２は、第１主面１０２ａ及び第２主面１０２ｂを有する。第１主面１０２ａは振動板１２１の第１主面１２１ａ（図２参照）と対向する主面であり、第２主面１０２ｂは第１主面１０２ａとは反対側の主面である。 The substrate 102 is bonded to the housing 101 and together with the housing 101 forms an internal section. As shown in FIG. 1, the substrate 102 is bonded to the end of the side wall portion 122 to form an internal space R surrounded by the diaphragm 121, the side wall portion 122 and the substrate 102. As shown in FIG. The substrate 102 has a first major surface 102a and a second major surface 102b. The first main surface 102a is a main surface facing the first main surface 121a (see FIG. 2) of the diaphragm 121, and the second main surface 102b is a main surface opposite to the first main surface 102a.

基板１０２は、図１に示すように正極内部配線１４１及び負極内部配線１４２を備える。正極内部配線１４１は、第１主面１０２ａに接続された正極配線１０４と第２主面１０２ｂに設けられた正極外部端子１０６を電気的に接続する。負極内部配線１４２は第１主面１０２ａに接続された負極配線１０５と第２主面１０２ｂに設けられた負極外部端子１０７を電気的に接続する。正極内部配線１４１及び負極内部配線１４２は基板１０２に形成されたスルーホールを介して設けられている。 The substrate 102 includes a positive internal wiring 141 and a negative internal wiring 142 as shown in FIG. The positive electrode internal wiring 141 electrically connects the positive electrode wiring 104 connected to the first main surface 102a and the positive electrode external terminal 106 provided on the second main surface 102b. The negative internal wiring 142 electrically connects the negative wiring 105 connected to the first main surface 102a and the negative external terminal 107 provided on the second main surface 102b. The positive electrode internal wiring 141 and the negative electrode internal wiring 142 are provided via through holes formed in the substrate 102 .

超音波振動子１０３は超音波振動を発生し、振動板１２１を振動させる。図７は超音波振動子１０３の断面図である。同図に示すように超音波振動子１０３は単板型構造を有し、圧電体層１５１、正極１５２及び負極１５３を備える。圧電体層１５１はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３－ＰｂＴｉＯ３）等の圧電材料からなる。正極１５２及び負極１５３はＮｉ、Ｃｕ又はＮｉ合金等の金属材料からなり、圧電体層１５１を介して対向する。 The ultrasonic transducer 103 generates ultrasonic vibrations to vibrate the diaphragm 121 . FIG. 7 is a cross-sectional view of the ultrasonic transducer 103. As shown in FIG. As shown in the figure, the ultrasonic transducer 103 has a single-plate structure and includes a piezoelectric layer 151 , a positive electrode 152 and a negative electrode 153 . The piezoelectric layer 151 is made of a piezoelectric material such as lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ) or lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ). The positive electrode 152 and the negative electrode 153 are made of a metal material such as Ni, Cu, or a Ni alloy, and face each other with the piezoelectric layer 151 interposed therebetween.

超音波振動子１０３では、正極１５２と負極１５３の間に電圧を印加すると、圧電体層１５１において逆圧電効果が生じ、超音波振動が発生する。超音波振動子１０３は図１に示すように振動板１２１に接合される。超音波振動子１０３の表面のうち負極１５３側の面が振動板１２１に接合される面であり、以下この面を接合面１０３ａとする。この接合により、負極１５３は振動板１２１に電気的に接続される。図８は振動板１２１に接合された超音波振動子１０３を示す斜視図である。同図に示すように超音波振動子１０３は第１主面１２１ａの内周領域１３１に接合される。なお、超音波振動子１０３は図８に示すように、接合面１０３ａから見て正方形とすることができるが、円形やその他の形状であってもよい。 In the ultrasonic transducer 103, when a voltage is applied between the positive electrode 152 and the negative electrode 153, an inverse piezoelectric effect occurs in the piezoelectric layer 151 to generate ultrasonic vibration. The ultrasonic transducer 103 is bonded to the diaphragm 121 as shown in FIG. Of the surfaces of the ultrasonic transducer 103, the surface on the negative electrode 153 side is the surface to be bonded to the diaphragm 121, and hereinafter this surface is referred to as the bonding surface 103a. This bonding electrically connects the negative electrode 153 to the diaphragm 121 . FIG. 8 is a perspective view showing the ultrasonic transducer 103 bonded to the diaphragm 121. As shown in FIG. As shown in the figure, the ultrasonic transducer 103 is joined to the inner peripheral region 131 of the first main surface 121a. As shown in FIG. 8, the ultrasonic transducer 103 can have a square shape when viewed from the bonding surface 103a, but it may have a circular shape or other shape.

正極配線１０４（図１参照）は正極１５２と正極内部配線１４１に接続され、これらを電気的に接続する。負極配線１０５（図１参照）は、振動板１２１と負極内部配線１４２に接続され、振動板１２１を介して負極１５３と負極内部配線１４２を電気的に接続する。 The positive electrode wiring 104 (see FIG. 1) is connected to the positive electrode 152 and the positive internal wiring 141 to electrically connect them. The negative wiring 105 (see FIG. 1) is connected to the diaphragm 121 and the negative internal wiring 142 and electrically connects the negative electrode 153 and the negative internal wiring 142 via the diaphragm 121 .

正極外部端子１０６は超音波振動子１０３の正極用端子であり、基板１０２の第２主面１０２ｂに設けられている。正極外部端子１０６は正極内部配線１４１及び正極配線１０４を介して正極１５２に電気的に接続されている。負極外部端子１０７は超音波振動子１０３の負極用端子であり、基板１０２の第２主面１０２ｂに設けられている。負極外部端子１０７は負極内部配線１４２、負極配線１０５及び振動板１２１及びを介して負極１５３に電気的に接続されている。 A positive external terminal 106 is a positive terminal for the ultrasonic transducer 103 and is provided on the second main surface 102 b of the substrate 102 . The positive electrode external terminal 106 is electrically connected to the positive electrode 152 via the positive electrode internal wiring 141 and the positive electrode wiring 104 . The negative external terminal 107 is a negative terminal for the ultrasonic transducer 103 and is provided on the second main surface 102 b of the substrate 102 . The negative external terminal 107 is electrically connected to the negative electrode 153 via the negative internal wiring 142 , the negative wiring 105 and the diaphragm 121 .

超音波トランスデューサ１００は、図示しない実装対象基板の表面に設けられた端子に正極外部端子１０６及び負極外部端子１０７を接合することにより、実装対象基板に対する表面実装が可能である。 The ultrasonic transducer 100 can be surface-mounted on a substrate to be mounted by connecting the positive external terminal 106 and the negative external terminal 107 to terminals provided on the surface of the substrate to be mounted (not shown).

超音波トランスデューサ１００は以上のような構成を有する。上記のように、筐体１０１及び基板１０２により内部空間Ｒ（図１参照）が形成され、超音波振動子１０３はこの内部空間Ｒに収容されている。内部空間Ｒは振動板１２１に設けられた開口部１３４を介して外部空間Ｓと連通する。 The ultrasonic transducer 100 has the configuration as described above. As described above, the housing 101 and the substrate 102 form the internal space R (see FIG. 1), and the ultrasonic transducer 103 is accommodated in this internal space R. As shown in FIG. The internal space R communicates with the external space S through an opening 134 provided in the diaphragm 121 .

なお、上記説明において超音波振動子１０３は負極１５３が振動板１２１と電気的に接続されるとしたが、正極１５２が振動板１２１と電気的に接続されてもよい。この場合、正極配線１０４は振動板１２１を介して正極内部配線１４１に接続され、負極配線１０５負極１５３と負極内部配線１４２を直接に接続する。 Although the negative electrode 153 of the ultrasonic transducer 103 is electrically connected to the diaphragm 121 in the above description, the positive electrode 152 may be electrically connected to the diaphragm 121 . In this case, the positive electrode wiring 104 is connected to the positive electrode internal wiring 141 through the diaphragm 121, and the negative electrode wiring 105 and the negative electrode 153 and the negative electrode internal wiring 142 are directly connected.

［超音波トランスデューサの動作及び効果］
超音波トランスデューサ１００では、正極外部端子１０６及び負極外部端子１０７を介して超音波振動子１０３の正極１５２及び負極１５３に電圧を印加すると、超音波振動子１０３が超音波振動を生じる。これにより、振動板１２１が所定の共振周波数で振動し、超音波を生成する。図９は、内部空間Ｒ内における超音波の伝搬を示す模式図である。同図に矢印で示すように、生成された超音波は内部空間Ｒ内を伝搬し、内部空間Ｒから開口部１３４を通過して外部空間Ｓに放出される。 [Operation and Effects of Ultrasonic Transducer]
In the ultrasonic transducer 100, when a voltage is applied to the positive electrode 152 and the negative electrode 153 of the ultrasonic transducer 103 via the positive external terminal 106 and the negative external terminal 107, the ultrasonic transducer 103 generates ultrasonic vibration. As a result, the diaphragm 121 vibrates at a predetermined resonance frequency to generate ultrasonic waves. FIG. 9 is a schematic diagram showing the propagation of ultrasonic waves within the internal space R. As shown in FIG. As indicated by arrows in the figure, the generated ultrasonic waves propagate in the internal space R, pass through the opening 134 from the internal space R, and are emitted to the external space S. FIG.

この開口部１３４の作用により、超音波トランスデューサ１００では音圧を向上することができる。また、開口部１３４の位置及びサイズにより、振動板１２１の共振周波数を所望の周波数に制御することができる。さらに開口部１３４により筐体１０１の剛性が低下するため、高い剛性により共振周波数が高くなりすぎる問題を回避し、所望の共振周波数を小型の筐体１０１にて実現することができる。 Due to the action of the opening 134, the ultrasonic transducer 100 can improve the sound pressure. Further, the resonance frequency of diaphragm 121 can be controlled to a desired frequency by the position and size of opening 134 . Furthermore, since the rigidity of the housing 101 is reduced by the opening 134 , the problem that the resonance frequency becomes too high due to high rigidity can be avoided, and a desired resonance frequency can be achieved with the small housing 101 .

また、超音波トランスデューサ１００はホーン等の超音波共振子を有さず、低背化に適した構造を有する。したがって、超音波トランスデューサ１００は良好な音圧特性と安定した周波数特性を実現することができると共に、小型化及び低背化に適した構造を有する。また、超音波振動子１０３を直接筐体１０１に接合する構成により、部品点数及び組み立て工数を抑え、安価に超音波トランスデューサ１００を実現することができる。 Moreover, the ultrasonic transducer 100 does not have an ultrasonic resonator such as a horn, and has a structure suitable for low profile. Therefore, the ultrasonic transducer 100 can achieve good sound pressure characteristics and stable frequency characteristics, and has a structure suitable for miniaturization and low profile. In addition, the configuration in which the ultrasonic transducer 103 is directly bonded to the housing 101 reduces the number of parts and the number of assembling man-hours, making it possible to realize the ultrasonic transducer 100 at low cost.

さらに、超音波トランスデューサ１００は基板１０２の第２主面１０２ｂに設けられた正極外部端子１０６及び負極外部端子１０７によって実装対象基板に表面実装される。第２主面１０２ｂは、正極外部端子１０６及び負極外部端子１０７に対するリフローや半田付け等で最も熱処理の影響を受けるが、超音波振動子１０３は第２主面１０２ｂから内部空間Ｒによって隔てられているため、熱処理による影響を低減することが可能である。 Furthermore, the ultrasonic transducer 100 is surface-mounted on the substrate to be mounted by means of the positive external terminal 106 and the negative external terminal 107 provided on the second main surface 102b of the substrate 102 . The second main surface 102b is most affected by heat treatment such as reflow and soldering to the positive electrode external terminal 106 and the negative electrode external terminal 107, but the ultrasonic transducer 103 is separated from the second main surface 102b by the internal space R. Therefore, it is possible to reduce the influence of the heat treatment.

［開口部の他の形状について］
開口部１３４の形状は上述のものに限られない。図１０は他の形状を有する開口部１３４を備える振動板１２１を第２主面１２１ｂ側から見た図である。図１１はこの振動板１２１おける領域を示す模式図である。図１１に示すように、振動板１２１は矩形形状の内周領域１３１を有し、図１０に示すように開口部１３４はより単純化された直線状形状を有するものであってもよい。この構成では、単純化により加工面でコストを下げることができる。また、振動板１２１の剛性がさらに低下するため、振動板１２１の共振周波数をより低域に調整ですることができる。 [Other shapes of the opening]
The shape of the opening 134 is not limited to that described above. FIG. 10 is a view of diaphragm 121 having opening 134 having another shape, viewed from the second main surface 121b side. FIG. 11 is a schematic diagram showing regions in this diaphragm 121. As shown in FIG. As shown in FIG. 11, diaphragm 121 may have a rectangular inner peripheral region 131, and as shown in FIG. 10, opening 134 may have a more simplified linear shape. With this configuration, simplification can reduce costs in terms of processing. In addition, since the rigidity of diaphragm 121 is further reduced, the resonance frequency of diaphragm 121 can be adjusted to a lower range.

また、図１２はさらに他の形状を有する開口部１３４を備える振動板１２１を第２主面１２１ｂ側から見た図である。図１３はこの振動板１２１おける領域を示す模式図である。図１３に示すように、振動板１２１は円形形状の内周領域１３１を有し、図１２に示すように開口部１３４は円環形状を有するものであってもよい。この構成では、特異周波数における音圧を低下させ、共振周波数でのピークスプリットをさらに改善することが可能である。 FIG. 12 is a view of diaphragm 121 having opening 134 having another shape as viewed from the second main surface 121b side. FIG. 13 is a schematic diagram showing regions in this diaphragm 121. As shown in FIG. As shown in FIG. 13, diaphragm 121 may have a circular inner peripheral region 131, and as shown in FIG. 12, opening 134 may have an annular shape. With this configuration, it is possible to reduce the sound pressure at the specific frequency and further improve the peak split at the resonance frequency.

（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る超音波トランスデューサについて説明する。 (Second embodiment)
An ultrasonic transducer according to a first embodiment of the invention will be described.

［超音波トランスデューサの構成］
図１４は、本実施形態に係る超音波トランスデューサ２００の断面図である。同図に示すように、超音波トランスデューサ２００は、筐体２０１、基板２０２、超音波振動子２０３、正極配線２０４、負極配線２０５、正極外部端子２０６及び負極外部端子２０７を備える。 [Configuration of Ultrasonic Transducer]
FIG. 14 is a cross-sectional view of the ultrasonic transducer 200 according to this embodiment. As shown in the figure, the ultrasonic transducer 200 includes a housing 201 , a substrate 202 , an ultrasonic transducer 203 , a positive wiring 204 , a negative wiring 205 , a positive external terminal 206 and a negative external terminal 207 .

筐体２０１は超音波トランスデューサ２００の振動板を構成し、かつ基板２０２と共に内部空間Ｒを形成する。図１５は、筐体２０１の断面図である。同図に示すように筐体２０１は振動板２２１と側壁部２２２を有する。振動板２２１は平板状であり、図１５に示すように第１主面２２１ａと第２主面２２１ｂを有する。第１主面２２１ａと第２主面２２１ｂは互いに振動板２２１の反対側の主面である。 The housing 201 constitutes the diaphragm of the ultrasonic transducer 200 and forms an internal space R together with the substrate 202 . FIG. 15 is a cross-sectional view of housing 201. As shown in FIG. As shown in the figure, the housing 201 has a diaphragm 221 and side walls 222 . The diaphragm 221 has a flat plate shape and has a first main surface 221a and a second main surface 221b as shown in FIG. The first main surface 221a and the second main surface 221b are opposite main surfaces of the diaphragm 221 to each other.

図１６及び図１７は筐体２０１の斜視図である。図１６は筐体２０１を第１主面２２１ａ側から見た斜視図であり、図１７は筐体２０１を第２主面２２１ａ側から見た斜視図である。図１５は図１６及び図１７におけるＢ－Ｂ線での断面図である。図１８は振動板２２１の平面図であり、振動板２２１を第２主面２２１ｂ側からみた図である。図１９は振動板２２１おける領域を示す模式図であり、振動板２２１を第２主面２２１ｂ側からみた図である。 16 and 17 are perspective views of the housing 201. FIG. 16 is a perspective view of the housing 201 viewed from the first main surface 221a side, and FIG. 17 is a perspective view of the housing 201 viewed from the second main surface 221a side. FIG. 15 is a sectional view taken along line BB in FIGS. 16 and 17. FIG. FIG. 18 is a plan view of the diaphragm 221, and is a view of the diaphragm 221 viewed from the second main surface 221b side. FIG. 19 is a schematic diagram showing regions in the diaphragm 221, and is a view of the diaphragm 221 as viewed from the second main surface 221b side.

図１９に示すように振動板２２１は、内周領域２３１、外周領域２３２及び中間領域２３３を有する。内周領域２３１は振動板２２１の中央部に位置する領域であり、矩形形状を有する。外周領域２３２は、振動板２２１の外周部に位置し、内周領域２３１を囲む領域である。中間領域２３３は、内周領域２３１と外周領域２３２の間に位置する領域である。なお、第１主面２２１ａも第２主面２２１ｂと同様に内周領域２３１、外周領域２３２及び中間領域２３３を有する。 As shown in FIG. 19, diaphragm 221 has inner peripheral region 231 , outer peripheral region 232 and intermediate region 233 . The inner peripheral region 231 is a region located in the central portion of the diaphragm 221 and has a rectangular shape. The outer peripheral region 232 is located on the outer peripheral portion of the diaphragm 221 and surrounds the inner peripheral region 231 . The intermediate area 233 is an area located between the inner peripheral area 231 and the outer peripheral area 232 . The first main surface 221a also has an inner peripheral region 231, an outer peripheral region 232 and an intermediate region 233, like the second main surface 221b.

図１８及び図１９に示すように、中間領域２３３には開口部２３４及び梁部２３５が設けられている。開口部２３４は図１５に示すように振動板２２１を貫通する孔であり、複数が設けられている。梁部２３５は中間領域２３３のうち開口部２３４が設けられていない部分であり、開口部２３４の間に位置する。図１８に示すように、内周領域２３１と外周領域２３２は開口部２３４によって離間され、梁部２３５によって互いに接続されている。 As shown in FIGS. 18 and 19, the intermediate region 233 is provided with openings 234 and beams 235 . The openings 234 are holes passing through the diaphragm 221 as shown in FIG. 15, and a plurality of openings 234 are provided. The beams 235 are portions of the intermediate region 233 where the openings 234 are not provided and are positioned between the openings 234 . As shown in FIG. 18, inner peripheral region 231 and outer peripheral region 232 are separated by opening 234 and connected to each other by beam 235 .

また、図１８及び図１９に示すように、内周領域２３１には絶縁孔２３６が設けられている。絶縁孔２３６は図１５に示すように振動板２２１を貫通する孔であり、２つが設けられている。絶縁孔２３６は後述するように超音波振動子２０３を振動板２２１から絶縁するための孔である。 In addition, as shown in FIGS. 18 and 19, the inner peripheral region 231 is provided with insulating holes 236 . The insulating holes 236 are holes penetrating the diaphragm 221 as shown in FIG. 15, and two are provided. The insulating hole 236 is a hole for insulating the ultrasonic transducer 203 from the diaphragm 221 as will be described later.

側壁部２２２は、振動板２２１の周縁から第1主面２２１ａに対して垂直方向に延伸する壁状部分である。側壁部２２２は、図１６に示すように振動板２２１の全周にわたって設けられ、図１４に示すように振動板２２１と基板２０２の間を閉塞する。筐体２０１の材料は特に限定されないが、アルミニウム、アロイ、銅等の一般に振動板として利用される材料からなる。 The side wall portion 222 is a wall-shaped portion extending from the peripheral edge of the diaphragm 221 in a direction perpendicular to the first main surface 221a. The side wall portion 222 is provided over the entire circumference of the diaphragm 221 as shown in FIG. 16 and closes the space between the diaphragm 221 and the substrate 202 as shown in FIG. Although the material of the housing 201 is not particularly limited, it is made of a material generally used as a diaphragm, such as aluminum, alloy, or copper.

基板２０２は筐体２０１に接合され、筐体２０１と共に内部区間を形成する。基板２０２は図１４に示すように、側壁部２２２の端部に接合され、振動板２２１、側壁部２２２及び基板２０２に囲まれた内部空間Ｒが形成される。基板２０２は、第１主面２０２ａ及び第２主面２０２ｂを有する。第１主面２０２ａは振動板２２１の第１主面２２１ａ（図１５参照）と対向する主面であり、第２主面２０２ｂは第１主面２０２ａとは反対側の主面である。 The substrate 202 is bonded to the housing 201 and together with the housing 201 forms an internal section. As shown in FIG. 14, the substrate 202 is bonded to the end of the side wall portion 222 to form an internal space R surrounded by the diaphragm 221, the side wall portion 222 and the substrate 202. As shown in FIG. The substrate 202 has a first major surface 202a and a second major surface 202b. The first principal surface 202a is the principal surface facing the first principal surface 221a (see FIG. 15) of the diaphragm 221, and the second principal surface 202b is the principal surface opposite to the first principal surface 202a.

基板２０２は、図１４に示すように正極内部配線２４１及び負極内部配線２４２を備える。正極内部配線２４１は、第１主面２０２ａに接続された正極配線２０４と第２主面２０２ｂに設けられた正極外部端子２０６を電気的に接続する。負極内部配線２４２は第１主面２０２ａに接続された負極配線２０５と第２主面２０２ｂに設けられた負極外部端子２０７を電気的に接続する。正極内部配線２４１及び負極内部配線２４２は基板２０２に形成されたスルーホールを介して設けられている。 The substrate 202 includes a positive internal wiring 241 and a negative internal wiring 242 as shown in FIG. The positive electrode internal wiring 241 electrically connects the positive electrode wiring 204 connected to the first main surface 202a and the positive electrode external terminal 206 provided on the second main surface 202b. The negative internal wiring 242 electrically connects the negative wiring 205 connected to the first main surface 202a and the negative external terminal 207 provided on the second main surface 202b. The positive electrode internal wiring 241 and the negative electrode internal wiring 242 are provided via through holes formed in the substrate 202 .

超音波振動子２０３は超音波振動を発生し、振動板１２１を振動させる。図２０は超音波振動子２０３の断面図である。同図に示すように超音波振動子２０３は積層構造を有し、圧電体層２５１、正極内部電極２５２、負極内部電極２５３、正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５を備える。圧電体層２５１はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３－ＰｂＴｉＯ３）等の圧電材料からなる。圧電体層２５１は第１主面２５１ａ及び第１主面２５１ａの反対側の第２主面２５１ｂを有する。また、圧電体層２５１の側面の一つを第１側面２５１ｃとし、第１側面２５１ｃの反対型の側面を第２側面２５１ｄとする。 The ultrasonic vibrator 203 generates ultrasonic vibrations to vibrate the diaphragm 121 . FIG. 20 is a cross-sectional view of the ultrasonic transducer 203. FIG. As shown in the figure, the ultrasonic transducer 203 has a laminated structure and includes a piezoelectric layer 251 , a positive internal electrode 252 , a negative internal electrode 253 , a positive external electrode 254 and a negative external electrode 255 . The piezoelectric layer 251 is made of a piezoelectric material such as lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ) or lead zirconate titanate (PbZrO 3 —PbTiO 3 ). The piezoelectric layer 251 has a first major surface 251a and a second major surface 251b opposite to the first major surface 251a. One of the side surfaces of the piezoelectric layer 251 is referred to as a first side surface 251c, and the opposite side surface of the first side surface 251c is referred to as a second side surface 251d.

正極内部電極２５２及び負極内部電極２５３は、Ｎｉ、Ｃｕ又はＮｉ合金等の金属材料からなり、圧電体層１５１を介して交互に配置されている。正極内部電極２５２は圧電体層２５１の第１側面２５１ｃに端面が露出し、第２側面２５１ｄから離間するように形成されている。負極内部電極２５３は圧電体層２５１の第２側面２５１ｄに端面が露出し、第１側面２５１ｃから離間するように形成されている。正極外部電極２５４は第１側面２５１ｃ上と第１主面２５１ａ及び第２主面２５１ｂ上の第１側面２５１ｃ近傍に設けられ、正極内部電極２５２と電気的に接続されている。負極外部電極２５５は第２側面２５１ｄ上と第１主面２５１ａ及び第２主面２５１ｂ上の第２側面２５１ｄ近傍に設けられ、負極内部電極２５３と電気的に接続されている。 The positive electrode internal electrodes 252 and the negative electrode internal electrodes 253 are made of a metal material such as Ni, Cu, or a Ni alloy, and are alternately arranged with the piezoelectric layer 151 interposed therebetween. The positive electrode internal electrode 252 is formed so that the end face is exposed on the first side surface 251c of the piezoelectric layer 251 and separated from the second side surface 251d. The negative electrode internal electrode 253 is formed so that the end face is exposed on the second side surface 251d of the piezoelectric layer 251 and separated from the first side surface 251c. The positive electrode external electrode 254 is provided on the first side surface 251 c and near the first side surface 251 c on the first main surface 251 a and the second main surface 251 b and is electrically connected to the positive internal electrode 252 . The negative external electrode 255 is provided on the second side surface 251d and near the second side surface 251d on the first main surface 251a and the second main surface 251b, and is electrically connected to the negative internal electrode 253.

超音波振動子２０３では、正極内部電極２５２と負極内部電極２５３の間に電圧を印加すると、圧電体層２５１において逆圧電効果が生じ、超音波振動が発生する。超音波振動子２０３は図１４に示すように振動板１２１に接合される。超音波振動子２０３の表面のうち第１主面２５１ａ側の面が振動板１２１に接合される面であり、以下この面を接合面２０３ａとする。図２１は振動板１２１に接合された超音波振動子１０３を示す斜視図である。同図に示すように超音波振動子１０３は第１主面１２１ａの内周領域１３１に接合される。 In the ultrasonic transducer 203, when a voltage is applied between the positive internal electrode 252 and the negative internal electrode 253, a reverse piezoelectric effect occurs in the piezoelectric layer 251, generating ultrasonic vibration. The ultrasonic transducer 203 is bonded to the diaphragm 121 as shown in FIG. Of the surfaces of the ultrasonic transducer 203, the surface on the side of the first main surface 251a is the surface to be bonded to the diaphragm 121, and hereinafter this surface is referred to as the bonding surface 203a. FIG. 21 is a perspective view showing the ultrasonic transducer 103 bonded to the diaphragm 121. FIG. As shown in the figure, the ultrasonic transducer 103 is joined to the inner peripheral region 131 of the first main surface 121a.

接合面２０３ａには正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５が露出するが、振動板２２１には絶縁孔２３６内が設けられており、正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５は図1４に示すように絶縁孔２３６内に位置し、振動板２２１とは離間する。即ち、絶縁孔２３６によって正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５は振動板２２１と絶縁されている。なお、超音波振動子２０３は図２１に示すように、接合面２０３ａから見て正方形とすることができるが、円形やその他の形状であってもよい。 A positive electrode external electrode 254 and a negative electrode external electrode 255 are exposed on the joint surface 203a. It is located inside the insulating hole 236 and separated from the diaphragm 221 . That is, the positive external electrode 254 and the negative external electrode 255 are insulated from the diaphragm 221 by the insulating hole 236 . As shown in FIG. 21, the ultrasonic transducer 203 can have a square shape when viewed from the bonding surface 203a, but it may have a circular shape or other shape.

正極配線２０４（図１４参照）は正極外部電極２５４と正極内部配線２４１に接続され、これらを電気的に接続する。負極配線２０５（図１４参照）は、正極外部電極２５４と負極内部配線２４２に接続され、これらを電気的に接続する。 The positive electrode wiring 204 (see FIG. 14) is connected to the positive external electrode 254 and the positive internal wiring 241 to electrically connect them. The negative wiring 205 (see FIG. 14) is connected to the positive external electrode 254 and the negative internal wiring 242 to electrically connect them.

正極外部端子２０６は超音波振動子２０３の正極用端子であり、基板２０２の第２主面２０２ｂに設けられている。正極外部端子２０６は正極内部配線２４１及び正極配線２０４を介して正極外部電極２５４に電気的に接続されている。負極外部端子２０７は超音波振動子２０３の負極用端子であり、基板２０２の第２主面２０２ｂに設けられている。負極外部端子２０７は負極内部配線２４２及び負極配線２０５を介して負極外部電極２５５に電気的に接続されている。 A positive electrode external terminal 206 is a positive electrode terminal of the ultrasonic transducer 203 and is provided on the second main surface 202 b of the substrate 202 . The positive external terminal 206 is electrically connected to the positive external electrode 254 via the internal positive wiring 241 and the positive wiring 204 . The negative external terminal 207 is a negative terminal for the ultrasonic transducer 203 and is provided on the second main surface 202 b of the substrate 202 . The negative external terminal 207 is electrically connected to the negative external electrode 255 via the internal negative wiring 242 and the negative wiring 205 .

超音波トランスデューサ２００は、図示しない実装対象基板の表面に設けられた端子に正極外部端子２０６及び負極外部端子２０７を接合することにより、実装対象基板に対する表面実装が可能である。 The ultrasonic transducer 200 can be surface-mounted on a mounting target substrate by joining the positive external terminal 206 and the negative external terminal 207 to terminals provided on the surface of the mounting target substrate (not shown).

超音波トランスデューサ２００は以上のような構成を有する。上記のように、筐体２０１及び基板２０２により内部空間Ｒ（図１４参照）が形成され、超音波振動子２０３はこの内部空間Ｒに収容されている。内部空間Ｒは振動板２２１に設けられた開口部２３４を介して外部空間Ｓと連通する。 The ultrasonic transducer 200 has the configuration as described above. As described above, the housing 201 and the substrate 202 form the internal space R (see FIG. 14), and the ultrasonic transducer 203 is accommodated in this internal space R. As shown in FIG. The internal space R communicates with the external space S through an opening 234 provided in the diaphragm 221 .

［超音波トランスデューサの動作及び効果］
超音波トランスデューサ２００では、正極外部端子２０６及び負極外部端子２０７を介して超音波振動子２０３の正極内部電極２５２及び負極内部電極２５３に電圧を印加すると、超音波振動子２０３が超音波振動を生じる。これにより、振動板２２１が所定の共振周波数で振動し、超音波を生成する。図２２は、内部空間Ｒ内における超音波の伝搬を示す模式図である。同図に矢印で示すように、生成された超音波は内部空間Ｒ内を伝搬し、内部空間Ｒから開口部２３４を通過して外部空間Ｓに放出される。 [Operation and Effects of Ultrasonic Transducer]
In the ultrasonic transducer 200, when a voltage is applied to the positive internal electrode 252 and the negative internal electrode 253 of the ultrasonic transducer 203 via the positive external terminal 206 and the negative external terminal 207, the ultrasonic transducer 203 generates ultrasonic vibration. . As a result, the diaphragm 221 vibrates at a predetermined resonance frequency to generate ultrasonic waves. FIG. 22 is a schematic diagram showing the propagation of ultrasonic waves within the internal space R. As shown in FIG. As indicated by arrows in the figure, the generated ultrasonic waves propagate in the internal space R, pass through the opening 234 from the internal space R, and are emitted to the external space S. FIG.

この開口部２３４の作用により、超音波トランスデューサ２００では音圧を向上することができる。また、開口部２３４の位置及びサイズにより、振動板２２１の共振周波数を所望の周波数に制御することができる。さらに開口部２３４により筐体２０１の剛性が低下するため、高い剛性により共振周波数が高くなりすぎる問題を回避し、所望の共振周波数を小型の筐体１０１にて実現することができる。 Due to the action of the opening 234, the ultrasonic transducer 200 can improve the sound pressure. Further, the resonance frequency of diaphragm 221 can be controlled to a desired frequency by the position and size of opening 234 . Furthermore, since the rigidity of the housing 201 is reduced by the opening 234 , the problem of the resonance frequency becoming too high due to high rigidity can be avoided, and a desired resonance frequency can be achieved with the small housing 101 .

また、超音波トランスデューサ２００はホーン等の超音波共振子を有さず、低背化に適した構造を有する。したがって、超音波トランスデューサ２００は良好な音圧特性と安定した周波数特性を実現することができると共に、小型化及び低背化に適した構造を有する。また、超音波振動子２０３を直接筐体２０１に接合する構成により、部品点数及び組み立て工数を抑え、安価に超音波トランスデューサ２００を実現することができる。 Also, the ultrasonic transducer 200 does not have an ultrasonic resonator such as a horn, and has a structure suitable for low profile. Therefore, the ultrasonic transducer 200 can achieve good sound pressure characteristics and stable frequency characteristics, and has a structure suitable for miniaturization and low profile. In addition, the configuration in which the ultrasonic transducer 203 is directly bonded to the housing 201 reduces the number of parts and assembly man-hours, and the ultrasonic transducer 200 can be realized at low cost.

さらに、超音波トランスデューサ２００は基板２０２の第２主面２０２ｂに設けられた正極外部端子２０６及び負極外部端子２０７によって実装対象基板に表面実装される。第２主面２０２ｂは、正極外部端子２０６及び負極外部端子２０７に対するリフローや半田付け等で最も熱処理の影響を受けるが、超音波振動子２０３は第２主面２０２ｂから内部空間Ｒによって隔てられているため、熱処理による影響を低減することが可能である。 Furthermore, the ultrasonic transducer 200 is surface-mounted on the substrate to be mounted by means of the positive external terminal 206 and the negative external terminal 207 provided on the second main surface 202b of the substrate 202 . The second main surface 202b is most affected by heat treatment such as reflow and soldering to the positive electrode external terminal 206 and the negative electrode external terminal 207, but the ultrasonic vibrator 203 is separated from the second main surface 202b by the internal space R. Therefore, it is possible to reduce the influence of the heat treatment.

また、超音波振動子２０３は積層構造（図２０参照）を備えるが、積層構造を形成する際にスルーホールなど形成が困難な技術を用いずとも、コンデンサの様にシンプルな構造とすることができる。正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５は絶縁孔２３６によって絶縁され、振動板２２１による短絡が防止されている。超音波振動子２０３を積層構造とすることにより、さらに音圧を向上させることが可能である。 Also, the ultrasonic transducer 203 has a laminated structure (see FIG. 20), and a simple structure like a capacitor can be used without using a technique that is difficult to form, such as through holes, when forming the laminated structure. can. The positive electrode external electrode 254 and the negative electrode external electrode 255 are insulated by the insulating hole 236 to prevent a short circuit caused by the diaphragm 221 . The sound pressure can be further improved by making the ultrasonic transducer 203 have a laminated structure.

［開口部の他の形状について］
開口部２３４の形状は上述のものに限られず、第１の実施形態と同様に、単純化された直線状形状（図１０参照）や円環形状（図１２参照）を有するものとすることができる。 [Other shapes of the opening]
The shape of the opening 234 is not limited to the one described above, and may have a simplified linear shape (see FIG. 10) or an annular shape (see FIG. 12) as in the first embodiment. can.

［絶縁孔の他の形状について］
絶縁孔２３６の形状も上述のものに限られない。図２３乃至図２５は、他の形状を有する絶縁孔２３６を備える振動板２２１を第２主面２２１ｂ側から見た図である。上述のように超音波振動子２０３は正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５備えるが、これらの外部電極は超音波振動子２０３の角部にのみ設けられてもよい。この場合、図２３乃至図２５に示すように、絶縁孔２３６は超音波振動子２０３の角部に対向する位置に設けられてもよい。 [Other shapes of insulating holes]
The shape of the insulating hole 236 is also not limited to the above. 23 to 25 are diagrams of the diaphragm 221 having insulating holes 236 having other shapes as viewed from the second main surface 221b side. Although the ultrasonic transducer 203 has the positive external electrode 254 and the negative external electrode 255 as described above, these external electrodes may be provided only at the corners of the ultrasonic transducer 203 . In this case, as shown in FIGS. 23 to 25, the insulating holes 236 may be provided at positions facing the corners of the ultrasonic transducer 203 .

正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５を超音波振動子２０３の角部にのみ設けることにより、正極外部電極２５４及び負極外部電極２５５の材料を削減することができる。また、絶縁孔２３６を図２３乃至図２５に示す形状とすることにより、筐体２０１の中心対称性を向上させ、共振周波数近傍でのスプリットの影響を回避し、共振周波数における音圧ロスを抑制することができる。 By providing the positive external electrode 254 and the negative external electrode 255 only at the corners of the ultrasonic transducer 203, the materials for the positive external electrode 254 and the negative external electrode 255 can be reduced. 23 to 25, the central symmetry of the housing 201 is improved, the influence of splitting near the resonance frequency is avoided, and the sound pressure loss at the resonance frequency is suppressed. can do.

（非接触触覚提示デバイス）
本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に係る超音波トランスデューサにより非接触触覚提示デバイスを構成することが可能である。具体的には複数の超音波トランスデューサを平面状に配列し、触覚を提示したい空間上の位置で超音波が強め合うように各超音波トランスデューサの位相を制御することにより、当該位置において触覚を提示することができる。 (Non-contact tactile presentation device)
A non-contact tactile sense presentation device can be configured with the ultrasonic transducers according to the first and second embodiments of the present invention. Specifically, by arranging multiple ultrasonic transducers in a plane and controlling the phase of each ultrasonic transducer so that the ultrasonic waves strengthen each other at the position in the space where you want to present the tactile sensation, the tactile sensation is presented at that position. can do.

１００、２００…超音波トランスデューサ
１０１、２０１…筐体
１０２、２０２…基板
１０３、２０３…超音波振動子
１０４、２０４…正極配線
１０５、２０５…負極配線
１０６、２０６…正極外部端子
１０７、２０７…負極外部端子
１２１、２２１…振動板
１２２、２２１…側壁部
１３１、２３１…内周領域
１３２、２３２…外周領域
１３３、２３３…中間領域
１３４、２３４…開口部
１３５、２３５…梁部
２３６…絶縁孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 200... Ultrasonic transducer 101, 201... Case 102, 202... Substrate 103, 203... Ultrasonic vibrator 104, 204... Positive electrode wiring 105, 205... Negative electrode wiring 106, 206... Positive electrode external terminal 107, 207... Negative electrode External terminals 121, 221 Diaphragm 122, 221 Side wall 131, 231 Inner peripheral area 132, 232 Outer peripheral area 133, 233 Intermediate area 134, 234 Opening 135, 235 Beam 236 Insulating hole

Claims (5)

第１の主面と、前記第１の主面とは反対型の第２の主面を有する振動板であって、内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域と、前記内周領域と前記外周領域の間に位置する中間領域とを有し、前記中間領域は、前記振動板を貫通する複数の開口部と、前記複数の開口部の間に位置し、前記内周領域と前記外周領域を接続する梁部を有する振動板を備え、前記振動板の前記第1の主面側に前記複数の貫通孔により外部空間と連通する内部空間を形成する筐体と、
前記第１の主面の前記内周領域に接合され、前記内部空間に収容された超音波振動子と
を具備する超音波トランスデューサ。 A diaphragm having a first principal surface and a second principal surface opposite to the first principal surface, comprising: an inner peripheral region; an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region; and the inner peripheral region and an intermediate region located between the outer peripheral region, wherein the intermediate region includes a plurality of openings penetrating through the diaphragm, and the intermediate region is located between the plurality of openings, the inner peripheral region and the a housing comprising a diaphragm having beams connecting outer peripheral regions, and forming an internal space communicating with an external space by means of the plurality of through-holes on the first main surface side of the diaphragm;
an ultrasonic transducer that is joined to the inner peripheral region of the first main surface and housed in the internal space. 請求項１に記載の超音波トランスデューサであって、
前記第１の主面に対向し、前記筐体に接合され、前記筐体と共に前記内部空間を形成する基板と、
前記基板の、前記第１の主面とは反対側の面に設けられ、前記超音波振動子に電気的に接続された外部端子と
をさらに具備する超音波トランスデューサ。 The ultrasonic transducer according to claim 1,
a substrate facing the first main surface, joined to the housing, and forming the internal space together with the housing;
and an external terminal provided on the surface of the substrate opposite to the first principal surface and electrically connected to the ultrasonic transducer. 請求項１又は２に記載の超音波トランスデューサであって、
前記超音波振動子は、前記第１の主面に接合される接合面に設けられた正極外部電極子と負極外部電極を有し、
前記振動板は、前記内周領域に設けられ、前記振動板を貫通し、前記正極外部電極及び前記負極外部電極を前記振動板から離間させる絶縁孔をさらに有する
超音波トランスデューサ。 The ultrasonic transducer according to claim 1 or 2,
The ultrasonic transducer has a positive electrode external electrode and a negative electrode external electrode provided on a bonding surface bonded to the first main surface,
The ultrasonic transducer, wherein the diaphragm is provided in the inner peripheral region and further includes an insulating hole that penetrates the diaphragm and separates the positive external electrode and the negative external electrode from the diaphragm. 請求項１から３のうちいずれか１項に記載の超音波トランスデューサであって、
超音波共振子を具備しない
超音波トランスデューサ。 The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 3,
An ultrasonic transducer without an ultrasonic resonator. 複数の超音波トランスデューサを備え、
前記超音波トランスデューサは、第１の主面と、前記第１の主面とは反対型の第２の主面を有する振動板であって、内周領域と、前記内周領域を囲む外周領域と、前記内周領域と前記外周領域の間に位置する中間領域とを有し、前記中間領域は、前記振動板を貫通する複数の開口部と、前記複数の開口部の間に位置し、前記内周領域と前記外周領域を接続する梁部を有する振動板を備え、前記振動板の前記第1の主面側に前記複数の貫通孔により外部空間と連通する内部空間を形成する筐体と、前記第１の主面の前記内周領域に接合され、前記内部空間に収容された超音波振動子とを具備する
非接触触覚提示デバイス。 Equipped with multiple ultrasonic transducers,
The ultrasonic transducer is a vibration plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and has an inner peripheral region and an outer peripheral region surrounding the inner peripheral region. and an intermediate region positioned between the inner peripheral region and the outer peripheral region, wherein the intermediate region is positioned between a plurality of openings passing through the diaphragm and the plurality of openings, A housing comprising a diaphragm having beams connecting the inner peripheral region and the outer peripheral region, and forming an internal space communicating with an external space by the plurality of through holes on the first main surface side of the diaphragm. and an ultrasonic transducer that is joined to the inner peripheral region of the first main surface and housed in the internal space.
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