JP4997545B2 - Ultrasonic element - Google Patents

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Description

この発明は、超音波を発生して物体の検知や距離の計測に使用される超音波素子に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic element used for detecting an object and measuring a distance by generating an ultrasonic wave.

例えば、超音波センサなどに用いられている従来の超音波素子は、例えば、以下の特許文献１に開示されている。
超音波素子においては、高精度の測定や、遠方の計測を可能にするために、再生音圧の上昇が望まれている。 For example, the conventional ultrasonic element used for an ultrasonic sensor etc. is disclosed by the following patent document 1, for example.
In an ultrasonic element, in order to enable high-precision measurement and remote measurement, it is desired to increase the reproduction sound pressure.

図５は一般的な超音波素子の構造を示す断面図であり、図において、圧電セラミック１は端子５から電気信号が供給されると、伸縮振動する圧電材である。
金属板２は圧電セラミック１と結合されており、圧電セラミック１の伸縮振動に伴って屈曲振動する部材である。
共振子３は金属板２の中心部と結合されており、金属板２の屈曲振動に伴って振動する部材である。
保持材４は圧電セラミック１を保持する部材である。
端子５は外部から電気信号を取り込んで、その電気信号を圧電セラミック１に供給する部材である。
ベース６は保持材４及び端子５を固定する部材である。７はケースである。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a general ultrasonic element. In the figure, the piezoelectric ceramic 1 is a piezoelectric material that expands and contracts when an electric signal is supplied from a terminal 5.
The metal plate 2 is coupled to the piezoelectric ceramic 1 and is a member that bends and vibrates as the piezoelectric ceramic 1 expands and contracts.
The resonator 3 is coupled to the central portion of the metal plate 2 and is a member that vibrates with bending vibration of the metal plate 2.
The holding material 4 is a member that holds the piezoelectric ceramic 1.
The terminal 5 is a member that takes in an electric signal from the outside and supplies the electric signal to the piezoelectric ceramic 1.
The base 6 is a member that fixes the holding material 4 and the terminal 5. 7 is a case.

次に動作について説明する。
圧電セラミック１は、端子５から電気信号が供給されると、圧電現象によって駆動力を取得して伸縮振動する。
圧電セラミック１が伸縮振動を開始すると、金属板２が圧電セラミック１の伸縮振動に伴って屈曲振動し、共振子３が金属板２の屈曲振動に伴って振動することにより超音波を発生する。 Next, the operation will be described.
When an electric signal is supplied from the terminal 5, the piezoelectric ceramic 1 acquires a driving force by a piezoelectric phenomenon and vibrates and expands.
When the piezoelectric ceramic 1 starts stretching vibration, the metal plate 2 bends and vibrates with the stretching vibration of the piezoelectric ceramic 1, and the resonator 3 vibrates with the bending vibration of the metal plate 2 to generate ultrasonic waves.

圧電セラミック１、金属板２及び共振子３からなる超音波素子の振動系は、幾つかの共振現象を呈し、共振が起こる幾つかの周波数で、超音波素子の音圧周波数特性上にレベルが高いピークを形成する。
超音波素子は、音圧レベルが高いピークの或る周波数で駆動し、その周波数において、物体検知や距離計測などの動作が行われる。 The vibration system of the ultrasonic element composed of the piezoelectric ceramic 1, the metal plate 2, and the resonator 3 exhibits several resonance phenomena, and has a level on the sound pressure frequency characteristic of the ultrasonic element at several frequencies at which resonance occurs. A high peak is formed.
The ultrasonic element is driven at a certain peak frequency at which the sound pressure level is high, and operations such as object detection and distance measurement are performed at that frequency.

図６は超音波素子の代表的な音圧周波数特性を示す説明図である。
上述した共振による音圧のピークは、通常、二つが顕著であり、低い方の第１ピーク周波数をｆ1、二つ目の第２ピーク周波数をｆ2とすると、ピーク周波数ｆ1，ｆ2は、人間の可聴帯域外の超音波帯域に存在し、一般的に音圧が大きいピーク周波数ｆ1が利用される。
二つの音圧ピークの動作メカニズムを調べるために、音圧特性と振動特性を解析すると、二つの音圧ピークは、共振子３が軸対称振動を行い、ほぼ同等の共振振動モードを呈する。
即ち、二つの音圧ピークの振動状態は、共振子３の振動変位が金属板２及び圧電セラミック１の振動変位と比べて相対的に大きく、例えば、共振子３の外周部の振幅は、金属板２の外周部の２倍以上になる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing typical sound pressure frequency characteristics of the ultrasonic element.
Two peaks of the sound pressure due to the resonance described above are usually conspicuous. If the lower first peak frequency is f 1 and the second second peak frequency is f 2 , the peak frequencies f 1 , f 2 Is present in the ultrasonic band outside the human audible band, and generally uses a peak frequency f 1 having a high sound pressure.
When the sound pressure characteristics and the vibration characteristics are analyzed in order to investigate the operation mechanism of the two sound pressure peaks, the two sound pressure peaks exhibit approximately the same resonance vibration mode as the resonator 3 undergoes axisymmetric vibration.
That is, in the vibration state of the two sound pressure peaks, the vibration displacement of the resonator 3 is relatively large compared to the vibration displacement of the metal plate 2 and the piezoelectric ceramic 1. For example, the amplitude of the outer peripheral portion of the resonator 3 is It becomes twice or more the outer periphery of the plate 2.

図７は振動系の振動状態を示す説明図であり、特に共振子３の振動を拡大して描いている。
共振子３の静止状態（ａ）に対して、（ｂ）は共振子３の最大振幅時のプラス状態を表す振動モードであり、（ｃ）は共振子３の最大振幅時のマイナス状態を表す振動モードである。
図７から明らかなように、相対的に変位が小さい金属板２の中心部に結合されている共振子３は、周辺ほど振幅が大きくなる軸対称振動が起きて屈曲振動を行う。
このとき、共振子３の周辺は、バタバタとはばたく状態であり、この振動状態は“フラップ振動”と呼ばれる。
以上の振動状態は、周波数応答特性にも二つのピークが現れ、そのときの振動モードは実測の振動モードとほぼ一致し、二つのピークが支配的に現れる音圧特性を呈している。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the vibration state of the vibration system, and particularly shows the vibration of the resonator 3 in an enlarged manner.
In contrast to the stationary state (a) of the resonator 3, (b) is a vibration mode representing a plus state at the maximum amplitude of the resonator 3, and (c) represents a minus state at the maximum amplitude of the resonator 3. It is a vibration mode.
As is clear from FIG. 7, the resonator 3 coupled to the central portion of the metal plate 2 having a relatively small displacement causes an axially symmetric vibration in which the amplitude increases toward the periphery, thereby causing a bending vibration.
At this time, the periphery of the resonator 3 is fluttering, and this vibration state is called “flap vibration”.
In the above vibration state, two peaks also appear in the frequency response characteristics, and the vibration mode at that time almost coincides with the actually measured vibration mode, and exhibits the sound pressure characteristic in which the two peaks are dominant.

次に、金属板２（＋圧電セラミック１）の振動状態を詳細に考察すると、図８に示すような現象が発生する。
図８（Ａ）は第１ピークの振動モードにおける変位を拡大誇張しており、図８（Ａ）の（ｂ）と（ｃ）は図７と同じ共振子３の振動モードのプラス状態とマイナス状態である。
また、図８（Ａ）の（ｄ）と（ｅ）は、共振子３がプラス状態（ｂ）とマイナス状態（ｃ）の時に対応する金属板２の振動状態を示している。
ただし、図８（Ａ）における金属板２と圧電セラミック１は、一本の実線で表しており、厚さを無視して表示している。 Next, when the vibration state of the metal plate 2 (+ piezoelectric ceramic 1) is considered in detail, a phenomenon as shown in FIG. 8 occurs.
8A exaggerates the displacement in the vibration mode of the first peak, and FIGS. 8B and 8C show the positive state and the negative state of the vibration mode of the same resonator 3 as in FIG. State.
Moreover, (d) and (e) of FIG. 8 (A) show the vibration state of the metal plate 2 corresponding when the resonator 3 is in the plus state (b) and the minus state (c).
However, the metal plate 2 and the piezoelectric ceramic 1 in FIG. 8 (A) are represented by a single solid line and are displayed ignoring the thickness.

金属板２の振動状態は、円板の第１次軸対称振動モードに近いものとなっている。即ち、金属板２の中央部が最大変位で振動して、直径の約７割の位置に振動の節が一つ存在している。
図８（Ａ）では、保持材４は、上記の第１次軸対称振動モードの節の位置に配設されている。
第１ピークでは、図８（Ａ）に示すように、共振子３の外周部振動と金属板２の外周部振動が互いに逆相になるフラップ振動が発生する。
このような振動状態では、金属板２と共振子３の振動によって放射される音は逆相になり、音波は、その性質上、密から疎に流れていくので、共振子３と金属板２の外周端の逆相作用は音の回り込み現象を生じさせて、ピーク周波数ｆ1の音軸上の音圧レベルが低下する（図６を参照）。 The vibration state of the metal plate 2 is close to the primary axisymmetric vibration mode of the disc. That is, the central portion of the metal plate 2 vibrates at the maximum displacement, and one vibration node exists at a position about 70% of the diameter.
In FIG. 8A, the holding member 4 is disposed at the node position in the first-order axisymmetric vibration mode.
At the first peak, as shown in FIG. 8A, a flap vibration in which the outer peripheral vibration of the resonator 3 and the outer peripheral vibration of the metal plate 2 are in opposite phases occurs.
In such a vibration state, the sound radiated by the vibration of the metal plate 2 and the resonator 3 is in reverse phase, and the sound wave flows from dense to sparse due to its nature. The reverse phase action at the outer peripheral edge causes a sound wraparound phenomenon, and the sound pressure level on the sound axis at the peak frequency f 1 decreases (see FIG. 6).

一方、図８（Ｂ）は第２ピークの振動モードにおける振幅を拡大誇張しており、図８（Ｂ）の（ｂ）と（ｃ）は図７と同じ共振子３の振動モードのプラス状態とマイナス状態である。
また、図８（Ｂ）の（ｄ）と（ｅ）は、共振子３がプラス状態（ｂ）とマイナス状態（ｃ）の時に対応する金属板２の振動状態を示している。
金属板４の振動状態は、図の紙面の上下方向にほぼ並進する振動になる。
第２ピークでは、図８（Ｂ）に示すように、共振子３の外周部振動と金属板２の外周部振動が同じ方向に振動し、その変位が同相になるフラップ振動が発生する。
このような振動状態では、金属板２と共振子３の振動によって放射される音は同相になるので、第１ピークのときのように音が弱められることはない。 On the other hand, FIG. 8B enlarges and exaggerates the amplitude in the vibration mode of the second peak, and FIGS. 8B and 8C show the positive state of the vibration mode of the resonator 3 same as FIG. It is a minus state.
Moreover, (d) and (e) of FIG. 8 (B) show the vibration state of the metal plate 2 corresponding when the resonator 3 is in the plus state (b) and the minus state (c).
The vibration state of the metal plate 4 is a vibration that substantially translates in the vertical direction of the drawing sheet.
At the second peak, as shown in FIG. 8B, the outer periphery vibration of the resonator 3 and the outer periphery vibration of the metal plate 2 vibrate in the same direction, and a flap vibration in which the displacement is in phase occurs.
In such a vibration state, the sound radiated by the vibration of the metal plate 2 and the resonator 3 is in phase, so that the sound is not weakened as in the first peak.

特開平８−３２２１００号公報（段落番号［００１９］、図１）JP-A-8-322100 (paragraph number [0019], FIG. 1)

従来の超音波素子は以上のように構成されているので、第１ピークでは、金属板２の外周部の振動が共振子３の外周部と逆相で振動するフラップ振動が発生する。これにより、金属板２の外周部から放射される音が共振子３から放射される音を打ち消してしまうため、ピーク音圧レベルが低下してしまうなどの課題があった。   Since the conventional ultrasonic element is configured as described above, at the first peak, a flap vibration is generated in which the vibration of the outer peripheral portion of the metal plate 2 vibrates in a phase opposite to that of the outer peripheral portion of the resonator 3. Thereby, since the sound radiated from the outer peripheral portion of the metal plate 2 cancels the sound radiated from the resonator 3, there is a problem that the peak sound pressure level is lowered.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ピーク音圧レベルの低下を防止して、高い音圧レベルの音響特性を得ることができる超音波素子を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an ultrasonic element that can prevent a decrease in peak sound pressure level and obtain acoustic characteristics of a high sound pressure level. To do.

この発明に係る超音波素子は、圧電材の伸縮振動に伴って屈曲振動する金属板と、金属板の屈曲振動に伴って振動する共振子と、金属板の外周端を保持する保持材とを備え、金属板の振動方向に対する保持材の伸縮を許容する一方、金属板の振動方向に垂直な方向に対する保持材の移動を制限するガイドを保持材の外周部に設けたものである。 An ultrasonic element according to the present invention includes a metal plate that bends and vibrates with the expansion and contraction vibration of the piezoelectric material, a resonator that vibrates with the bending vibration of the metal plate, and a holding material that holds an outer peripheral end of the metal plate. The guide is provided on the outer periphery of the holding material while allowing the holding material to expand and contract in the vibration direction of the metal plate and restricting the movement of the holding material in the direction perpendicular to the vibration direction of the metal plate .

この発明によれば、金属板の振動方向に対する保持材の伸縮を許容する一方、金属板の振動方向に垂直な方向に対する保持材の移動を制限するガイドを保持材の外周部に設けた構成としたので、振動系の上下振動をサポートしつつ横ぶれを防止し、ピーク音圧レベルの低下を防止して、高い音圧レベルの音響特性を得ることができる効果がある。 According to the present invention, the guide is provided on the outer peripheral portion of the holding material while allowing the holding material to expand and contract with respect to the vibration direction of the metal plate while restricting the movement of the holding material with respect to the direction perpendicular to the vibration direction of the metal plate. Therefore, it is possible to prevent lateral shaking while supporting vertical vibration of the vibration system, to prevent a decrease in peak sound pressure level, and to obtain acoustic characteristics with a high sound pressure level.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による超音波素子の前提となる構造を示す構成図であり、図において、圧電セラミック１１は端子１５から電気信号が供給されると、伸縮振動する圧電材である。
金属板１２は圧電セラミック１１と結合されており、圧電セラミック１１の伸縮振動に伴って屈曲振動する部材である。
共振子１３は金属板１２の中心部と結合されており、金属板１２の屈曲振動に伴って振動する部材である。
保持材１４は金属板１２の外周端を保持する部材である。
端子１５は外部から電気信号を取り込んで、その電気信号を圧電セラミック１１に供給する部材である。
ベース１６は保持材１４及び端子１５を固定する部材である。１７はケースである。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a structure that is a premise of an ultrasonic element according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, a piezoelectric ceramic 11 is a piezoelectric material that expands and contracts when an electric signal is supplied from a terminal 15. is there.
The metal plate 12 is coupled to the piezoelectric ceramic 11 and is a member that bends and vibrates as the piezoelectric ceramic 11 expands and contracts.
The resonator 13 is a member that is coupled to the central portion of the metal plate 12 and vibrates with bending vibration of the metal plate 12.
The holding member 14 is a member that holds the outer peripheral end of the metal plate 12.
The terminal 15 is a member that takes in an electric signal from the outside and supplies the electric signal to the piezoelectric ceramic 11.
The base 16 is a member that fixes the holding member 14 and the terminal 15. Reference numeral 17 denotes a case.

次に動作について説明する。
圧電セラミック１１は、端子１５から電気信号が供給されると、圧電現象によって駆動力を取得して伸縮振動する。
圧電セラミック１１が伸縮振動を開始すると、金属板１２が圧電セラミック１１の伸縮振動に伴って屈曲振動し、共振子１３が金属板１２の屈曲振動に伴って振動することにより超音波を発生する。 Next, the operation will be described.
When an electric signal is supplied from the terminal 15, the piezoelectric ceramic 11 acquires a driving force by a piezoelectric phenomenon and vibrates and expands.
When the piezoelectric ceramic 11 starts stretching vibration, the metal plate 12 bends and vibrates along with the stretching vibration of the piezoelectric ceramic 11, and the resonator 13 vibrates along with the bending vibration of the metal plate 12 to generate ultrasonic waves.

図４はこの発明の実施の形態１による超音波素子の前提となる考え方を示す説明図である。特に、図４（Ａ）は保持材１４の直径を従来の超音波素子より大きくして（図５及び図８を参照）、金属板１２の外周端を保持している場合の第１ピークの振動状態を表している。
第１ピークでは、図８（Ａ）のような共振のモードで振動しているとすると、保持材１４が金属板１２の外周端を保持する場合、図４（Ａ）に示すように、金属板１２及び共振子１３などから構成される振動系の中心部が最大振幅となる振動状態になる。
音放射効率に重要な役割を担う共振子１３は、振動系の中心部（金属板１２の中心部）に結合されているので、図８（Ａ）の状態より振幅が大きくなる。その結果、第１ピークにおける音圧が上昇する。 FIG. 4 is an explanatory view showing a concept that is a premise of the ultrasonic element according to the first embodiment of the present invention. In particular, FIG. 4A shows the first peak in the case where the diameter of the holding material 14 is made larger than that of the conventional ultrasonic element (see FIGS. 5 and 8) and the outer peripheral edge of the metal plate 12 is held. It represents the vibration state.
At the first peak, assuming that the holding member 14 holds the outer peripheral edge of the metal plate 12, assuming that it vibrates in the resonance mode as shown in FIG. 8A, as shown in FIG. A vibration state in which the central portion of the vibration system including the plate 12 and the resonator 13 has a maximum amplitude is obtained.
Since the resonator 13 that plays an important role in the sound radiation efficiency is coupled to the central portion of the vibration system (the central portion of the metal plate 12), the amplitude is larger than that in the state of FIG. As a result, the sound pressure at the first peak increases.

従来の超音波素子の保持材４は硬い材質の材料が使用されているが、図４（Ｂ）は、その保持材４に代えて、柔らかい材質の材料が使用されている保持材１４（保持材１４は、例えば、ウレタンフォーム材を用いて構成され、金属板１２の振動方向（音放射方向）に伸縮するバネ性を有している）を用いている場合の第２ピークの振動状態を表している。
ただし、保持材１４の設置位置は、以下の比較説明を行う便宜上、従来の超音波素子における保持材４と同様に（図５を参照）、圧電セラミック１１を保持する位置にあるものとする。 The conventional ultrasonic element holding material 4 is made of a hard material, but FIG. 4B shows a holding material 14 in which a soft material is used instead of the holding material 4 (holding). The material 14 is composed of, for example, a urethane foam material, and has a second peak vibration state when using a spring property that expands and contracts in the vibration direction (sound radiation direction) of the metal plate 12. Represents.
However, the holding position of the holding material 14 is assumed to be a position for holding the piezoelectric ceramic 11 as in the case of the holding material 4 in the conventional ultrasonic element (see FIG. 5) for the convenience of the following comparative explanation.

保持材１４が金属板１２の振動方向に伸縮するバネ性を有しているため、保持材４によって振動が制限されていた図８（Ｂ）の状態に比べて、保持材１４の伸縮度合いが大きくなり、図の上下に振動する振動系全体の変位が増加する。その結果、第２ピークにおける音圧も上昇する。
このように、保持材１４が金属板１２の振動方向に伸縮することにより、振動系の並進運動が増大することを踏まえると、保持材１４が金属板１２の外周端を保持する超音波素子の第２ピークでも、図４（Ｂ）と同様な振動が起こるが、第１ピークにおいても、保持材１４が柔らかに金属板１２を保持することにより、共振子１３の共振に起因する振動で上下に並進する運動が加わることになる。 Since the holding material 14 has a spring property that expands and contracts in the vibration direction of the metal plate 12, the degree of expansion and contraction of the holding material 14 is higher than that in the state of FIG. 8B in which the vibration is limited by the holding material 4. The displacement of the whole vibration system that vibrates up and down in the figure increases. As a result, the sound pressure at the second peak also increases.
In this way, considering that the translational movement of the vibration system is increased by the expansion and contraction of the holding material 14 in the vibration direction of the metal plate 12, the holding material 14 of the ultrasonic element that holds the outer peripheral end of the metal plate 12. In the second peak, the same vibration as in FIG. 4B occurs, but also in the first peak, the holding material 14 softly holds the metal plate 12, so that the vibration due to the resonance of the resonator 13 increases and decreases. A translational motion will be added.

図２は上下に並進する運動が加わっている振動状態を示す説明図である。
図２に示すように、第１ピークで起こる本来の共振モードに並進運動が加わることにより、第１ピークにおいても、振動系が大きな変位を持つことになる。その結果、音圧レベルも上昇して、音響特性が向上する。 FIG. 2 is an explanatory view showing a vibration state in which a translational motion is applied.
As shown in FIG. 2, the translational motion is added to the original resonance mode occurring at the first peak, so that the vibration system has a large displacement even at the first peak. As a result, the sound pressure level is also increased and the acoustic characteristics are improved.

また、保持材１４が圧電セラミック１１の伸縮振動に伴って屈曲振動する金属板１２の外周端を保持するように構成したので、ピーク音圧レベルの低下を防止して、高い音圧レベルの音響特性を得ることができる効果を奏する。
また、保持材１４が金属板１２の振動方向に伸縮するバネ性を有しているので、振動系全体の変位が増加して、第２ピークにおける音圧が上昇する効果も得られる。 Also, since the hold member 14 is configured to hold the outer peripheral edge of the metal plate 12 to the bending vibration along with the stretching vibration of the piezoelectric ceramic 11, thereby preventing a decrease in peak sound pressure level, a high sound pressure level The effect which can acquire an acoustic characteristic is produced.
Also, since the hold member 14 has a spring property that expands and contracts in the vibration direction of the metal plate 12, and vibration system overall displacement is increased, there is also an effect that the sound pressure at the second peak is increased.

また上記では、保持材１４の材質がウレタンフォーム材であるものについて示したが、保持材１４の材質はウレタンフォーム材に限るものではなく、十分な伸び縮みが期待できるものであればよい。例えば、コイル状のバネなどで保持材１４を構成するようにしてもよい。
また、保持材１４の断面形状もリング状や円筒形に限定されるものではなく、上下方向に断面積が変化するものや、四角などの多角形断面であってもよい。 In the above description, the material of the holding material 14 is a urethane foam material. However, the material of the holding material 14 is not limited to the urethane foam material, and any material can be used as long as sufficient expansion and contraction can be expected. For example, the holding member 14 may be configured by a coiled spring or the like.
Further, the cross-sectional shape of the holding member 14 is not limited to a ring shape or a cylindrical shape, and may be a cross-sectional area that changes in the vertical direction or a polygonal cross section such as a square.

図３はこの発明の実施の形態１による超音波素子の構造を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ガイド１８は保持材１４の外周部に設けられ、金属板１２の振動方向に対する保持材１４の伸縮を許容する一方、金属板１２の振動方向に垂直な方向に対する保持材１４の移動を制限するものである。 FIG. 3 is a block diagram showing the structure of the ultrasonic element according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The guide 18 is provided on the outer peripheral portion of the holding material 14 and allows the holding material 14 to expand and contract with respect to the vibration direction of the metal plate 12, while restricting the movement of the holding material 14 with respect to the direction perpendicular to the vibration direction of the metal plate 12. It is.

この実施の形態１では、保持材１４が例えばリング状のウレタンフォーム材で構成されているものを想定しているが、図３に示すように、例えば、金属板１２の外周端を細い円筒棒状の保持材１４によって多点（図３の例では、４点）で支持するような構成であってもよい。
図３の例では、ガイド１８が保持材１４の外周の動きを制限しており、振動系の上下振動をサポートしつつ横ぶれを防ぐ働きをなしている。 In the first embodiment, it is assumed that the holding material 14 is made of, for example, a ring-shaped urethane foam material. However, as shown in FIG. 3, for example, the outer peripheral end of the metal plate 12 is formed into a thin cylindrical rod shape. The support material 14 may be configured to be supported at multiple points (four points in the example of FIG. 3).
In the example of FIG. 3, the guide 18 restricts the movement of the outer periphery of the holding member 14, and functions to prevent lateral shaking while supporting vertical vibration of the vibration system.

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、金属板１２の振動方向に対する保持材１４の伸縮を許容する一方、金属板１２の振動方向に垂直な方向に対する保持材１４の移動を制限するガイド１８を保持材１４の外周部に設けるように構成したので、振動系の上下振動をサポートしつつ横ぶれを防止し、音響特性の劣化を招くことなく、第２ピークにおける音圧を高めることができる効果を奏する。 As is apparent from the above, according to the first embodiment, the holding material 14 is allowed to expand and contract with respect to the vibration direction of the metal plate 12, while the holding material 14 is moved relative to the direction perpendicular to the vibration direction of the metal plate 12. Since the limiting guide 18 is provided on the outer peripheral portion of the holding member 14, the lateral vibration is prevented while supporting the vertical vibration of the vibration system, and the sound pressure at the second peak is reduced without causing deterioration of the acoustic characteristics. There is an effect that can be enhanced.

この発明の実施の形態１による超音波素子の前提となる構造を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure used as the premise of the ultrasonic element by Embodiment 1 of this invention. 上下に並進する運動が加わっている振動状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the vibration state to which the motion translated up and down is added. この発明の実施の形態１による超音波素子の構造を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic element by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１による超音波素子の考え方を示す説明図である。It is an explanatory view showing a person thinking of the ultrasonic device according to the first embodiment of the invention. 一般的な超音波素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a general ultrasonic element. 超音波素子の代表的な音圧周波数特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the typical sound pressure frequency characteristic of an ultrasonic element. 振動系の振動状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the vibration state of a vibration system. 第１及び第２ピークの振動モードにおける変位を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the displacement in the vibration mode of a 1st and 2nd peak.

１ 圧電セラミック、２ 金属板、３ 共振子、４ 保持材、５ 端子、６ ベース、７ ケース、１１ 圧電セラミック（圧電材）、１２ 金属板、１３ 共振子、１４ 保持材、１５ 端子、１６ ベース、１７ ケース、１８ ガイド。   1 Piezoelectric Ceramic, 2 Metal Plate, 3 Resonator, 4 Holding Material, 5 Terminal, 6 Base, 7 Case, 11 Piezoelectric Ceramic (Piezoelectric Material), 12 Metal Plate, 13 Resonator, 14 Holding Material, 15 Terminal, 16 Base , 17 cases, 18 guides.

Claims (1)

電圧が印加されると伸縮振動する圧電材と、上記圧電材と結合され、上記圧電材の伸縮振動に伴って屈曲振動する金属板と、上記金属板の中心部と結合され、上記金属板の屈曲振動に伴って振動する共振子と、上記金属板の外周端を保持する保持材とを備え、上記保持材が金属板の振動方向に伸縮するバネ性を有している超音波素子において、上記金属板の振動方向に対する保持材の伸縮を許容する一方、上記金属板の振動方向に垂直な方向に対する上記保持材の移動を制限するガイドを上記保持材の外周部に設けたことを特徴とする超音波素子。 Piezoelectric material that expands and contracts when a voltage is applied, a metal plate that is coupled with the piezoelectric material, flexibly vibrates with the expansion and contraction vibration of the piezoelectric material, and a central portion of the metal plate, In an ultrasonic element comprising a resonator that vibrates with bending vibration and a holding material that holds an outer peripheral end of the metal plate, and the holding material has a spring property that expands and contracts in the vibration direction of the metal plate. A guide is provided on the outer peripheral portion of the holding material while allowing the holding material to expand and contract with respect to the vibration direction of the metal plate and restricting movement of the holding material with respect to a direction perpendicular to the vibration direction of the metal plate. ultrasonic element.
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