(57)【要約】【課題】水中及び空中等へ超音波を伝播させる場合に、水及び空気等との界面で超音波が反射してしまい、強度が低下することが抑えられる超音波振動子及びその製造方法、並びにこの超音波振動子を備える超音波機器を提供する。【解決手段】本発明の超音波振動子１は、前面板１１と、裏打板１２と、前面板と裏打板との間に配設された圧電セラミック体１３とが、軸芯ボルト１４により一体に固定されてなる超音波振動子であって、前面板が樹脂製であることを特徴とする。また、本発明の超音波振動子の製造方法は、圧電素子と裏打板とを軸芯ボルトにより固定して組立体とし、その後、この組立体に前面板を組み付けることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面板と、裏打板と、該前面板と該裏打板との間に配設された圧電セラミック体とが、軸芯ボルトにより一体に固定されてなる超音波振動子であって、
上記前面板が樹脂製であることを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
上記前面板の長さは、上記超音波振動子を伝播する超音波の１／４波長の自然数倍にほぼ等しい請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
上記前面板は長さ方向に多層構造であり、上記圧電セラミック体側の層の音響インピーダンスが、上記前面板の超音波放射面側の層の音響インピーダンスより大きい請求項１又は２に記載の超音波振動子。
【請求項４】
上記前面板の音響インピーダンスが、長さ方向において、上記圧電セラミック体側から上記前面板の超音波放射面側へと漸次小さくなっている請求項１又は２に記載の超音波振動子。
【請求項５】
上記軸芯ボルトは、棒状体と、該棒状体に該棒状体の軸芯方向と交わる方向にて固定された板状体とを備え、
上記棒状体には上記圧電セラミック体が挿通され、該棒状体の両端側が該圧電セラミック体から突出し、一端側に上記前面板が固定され、他端側に上記裏打板が固定されており、
上記板状体の一面と上記前面板とが当接し、該板状体の他面と上記圧電セラミック体とが当接している請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
【請求項６】
上記前面板は、該前面板の超音波放射面と反対の面の全面で上記板状体に当接されている請求項５に記載の超音波振動子。
【請求項７】
上記軸芯ボルトの上記一端側に発光体が配設されている請求項５又は６に記載の超音波振動子。
【請求項８】
請求項５乃至７のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子の製造方法であって、
上記圧電セラミック体と上記裏打板とを上記軸芯ボルトにより固定して組立体とし、その後、該組立体に上記前面板を組み付けることを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子を備えることを特徴とする超音波機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子及びその製造方法、並びに超音波機器に関する。更に詳しくは、本発明は、水及び空気等の媒体に超音波を伝播させる場合に、媒体との境界における超音波の反射が抑えられ、強度及び伝播効率の低下が抑制される超音波振動子及びその製造方法、並びにこの超音波振動子を備える超音波機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波振動子として、例えば、図８のように、円筒形の圧電セラミック体ブロック４１の貫通孔にボルトが挿通され、このボルトの一端側に嵌め込まれ、前面板となる金属ブロック４２、及びボルトの他端側に嵌め込まれ、裏打板となる円柱形の金属ブロック４３が、圧電セラミック体ブロック４１の両端側に圧接された構造の超音波振動子４が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８８４６８号公報
【特許文献２】特開２００３−１９９１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の従来の超音波振動子を用いて超音波を水中又は空中等の媒体に伝播させる場合、金属製である前面板の音響インピーダンスと、媒体の音響インピーダンスとが大きく相違するため、前面板と媒体との境界で超音波が反射してしまい、強度及び伝播効率が低下するという問題がある。また、水中又は空中等からの超音波を受信するときも、これらの媒体と前面板との境界で超音波が反射してしまい、強度及び伝播効率が低下するという同様の問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の従来の状況に鑑みてなされたものであり、超音波振動子の前面板の音響インピーダンスと、水又は空気等の媒体の音響インピーダンスとの差を小さくすることにより、前面板と媒体との境界における超音波の反射を抑え、超音波の強度及び伝播効率の低下を抑制することができる超音波振動子及びその製造方法、並びにこの超音波振動子を備える超音波機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
圧電セラミック体の振動に基づく超音波を水中へ効率よく伝播させるための前面板としては、その音響インピーダンスが、圧電セラミック体の音響インピーダンスと水の音響インピーダンスとの間の値となる材質からなる前面板を選択すべきである。この値は理論的には下記のように約６．７×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓとなる。従来から用いられている前面板はアルミニウム製であり、その音響インピーダンスは約１４．３×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓである。そのため、水中への超音波の伝播の際に前面板と水との境界で超音波が反射し、伝播効率が低下していた。一方、樹脂は金属より音響インピーダンスが小さく、例えば、アクリル樹脂の音響インピーダンスは約５．０×１０６ｋｇ／ｍ２・ｓであり、理論値により近似している。従って、Ｚ２<Ｚ３<Ｚ１となり、水中へ超音波を放射する際の反射が抑えられ、伝播効率を高めることができる。
Ｚ３＝（Ｚ１×Ｚ２）１／２
Ｚ１；圧電セラミック成形体を構成する圧電セラミックであるチタン酸ジルコン酸鉛の音響インピーダンス［約３０．４×１０６（ｋｇ／ｍ２・ｓ）］
Ｚ２；水の音響インピーダンス［約１．５×１０６（ｋｇ／ｍ２・ｓ）］
Ｚ３；上記の理論値［約６．７×１０６（ｋｇ／ｍ２・ｓ）］
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
本発明は以下のとおりである。
１．前面板と、裏打板と、該前面板と該裏打板との間に配設された圧電セラミック体とが、軸芯ボルトにより一体に固定されてなる超音波振動子であって、上記前面板が樹脂製であることを特徴とする超音波振動子。
２．上記前面板の長さは、上記超音波振動子を伝播する超音波の１／４波長の自然数倍にほぼ等しい上記１．に記載の超音波振動子。
３．上記前面板は長さ方向に多層構造であり、上記圧電セラミック体側の層の音響インピーダンスが、上記前面板の超音波放射面側の層の音響インピーダンスより大きい上記１．又は２．に記載の超音波振動子。
４．上記前面板の音響インピーダンスが、長さ方向において、上記圧電セラミック体側から上記前面板の超音波放射面側へと漸次小さくなっている上記１．又は２．に記載の超音波振動子。
５．上記軸芯ボルトは、棒状体と、該棒状体に該棒状体の軸芯方向と交わる方向にて固定された板状体とを備え、上記棒状体には上記圧電セラミック体が挿通され、該棒状体の両端側が該圧電セラミック体から突出し、一端側に上記前面板が固定され、他端側に上記裏打板が固定されており、上記板状体の一面と上記前面板とが当接し、該板状体の他面と上記圧電セラミック体とが当接している上記１．乃至４．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
６．上記前面板は、該前面板の超音波放射面と反対の面の全面で上記板状体に当接されている上記５．に記載の超音波振動子。
７．上記軸芯ボルトの上記一端側に発光体が配設されている請求項５又は６に記載の超音波振動子。
８．上記５．乃至７．のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子の製造方法であって、上記圧電セラミック体と上記裏打板とを上記軸芯ボルトにより固定して組立体とし、その後、該組立体に上記前面板を組み付けることを特徴とする超音波振動子の製造方法。
９上記１．乃至７のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子を備えることを特徴とする超音波機器。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波振動子は、前面板が樹脂製であり、この前面板の音響インピーダンスを、圧電セラミック体と、水及び空気等の超音波を放射する媒体の各々の音響インピーダンスの間の値とすることができるため、前面板と媒体との間における超音波の反射、更には圧電セラミック体と前面板との間における超音波の反射が抑えられ、超音波の強度の低下が抑制されるとともに、伝播効率を高くすることができる。
また、前面板が樹脂製であり、金属製のように発錆することがないため、水中で長期に亘って使用することができる。
更に、前面板が樹脂製で導電性がないため、金属製のように漏電することがなく、電解溶液中で使用することができる。
また、前面板が耐溶剤性に優れた樹脂からなるため、酸又はアルカリ溶液、特に強酸又は強アルカリ溶液等の腐食性の高い溶液中で使用することができる。
前面板の長さが、超音波振動子を伝播する超音波の１／４波長にほぼ等しい場合は、前面板の超音波放射面側の端面での振幅が最大となるため、水及び空気等の媒体への超音波の伝播効率を最大にすることができる。
前面板が長さ方向に多層構造であり、圧電セラミック体側の層の音響インピーダンスが、前面板の超音波放射面側の層の音響インピーダンスより大きい場合、及び前面板の音響インピーダンスが、長さ方向において、圧電セラミック体側から前面板の超音波放射面側へと漸次小さくなっている場合は、超音波振動子の一端面から他端面に亘る全体の超音波の伝播損失を低減させることができるため、超音波の強度低下がより抑えられるとともに、伝播効率をより高めることができる。
軸芯ボルトが、棒状体と、棒状体に棒状体の軸芯方向と交わる方向にて固定された板状体とを備え、棒状体には圧電セラミック体が挿通され、棒状体の両端側が圧電セラミック体から突出し、一端側に前面板が固定され、他端側に裏打板が固定されており、板状体の一面と前面板とが当接し、板状体の他面と圧電セラミック体とが当接している場合は、裏打板と圧電セラミック体、圧電セラミック体と板状体、板状体と前面板の各々を容易に密接させることができるため、それぞれの界面における超音波の反射がより抑えられ、強度の低下が十分に抑制され、伝播効率をより一層高くすることができる。
前面板が、この前面板の超音波放射面と反対の面の全面で板状体に当接されている場合は、前面板と板状体との界面における超音波の反射がより抑えられ、強度の低下が十分に抑えられるとともに、伝播効率を特に高くすることができる。また、裏打板と板状体とで圧電セラミック体を締め付けることにより圧縮応力を発生させることができるため、前面板を板状体に圧接させるときの加圧を最小限に抑えることができる。これにより、前面板の変形等を抑えることができ、安定した伝播効率を得ることができる。
軸芯ボルトの一端側に発光体が配設されている場合は、前面板が樹脂製であるため、超音波振動子の前面板側から発光を視認することができ、例えば、この超音波振動子を備える水中音波探知機として使用すれば、潜水しているダイバー等に対して船の位置を確認させることができ、他の船と識別させることもできる。
【０００９】
本発明の超音波振動子の製造方法によれば、圧電セラミック体と裏打板とを軸芯ボルトにより固定して組立体とし、その後、この組立体に前面板を組み付けるため、樹脂製の前面板に過大な力が加わらず、その変形が防止され、且つ前面板を板状体に密着させることができる。これにより、界面における超音波の反射が抑えられ、超音波の強度の低下が抑制されるとともに、伝播効率を高くすることができる。
【００１０】
本発明の超音波機器は、本発明の超音波振動子を備えるため、特に水及び空気等の媒体に超音波を放射する機器として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を図１〜７を参照しつつ詳しく説明する。
本発明の超音波振動子１は、前面板１１と、裏打板１２と、前面板１１と裏打板１２との間に配設された圧電セラミック体１３とが、軸芯ボルト１４により一体に固定されてなり、前面板１１が樹脂製である。
この超音波振動子１は、所謂、ランジュバン型超音波振動子であり、従来は金属ブロックにより構成されていた前面板１１が樹脂製であることを特徴とする。
【００１２】
上記「前面板１１」は、超音波放射面１１１を有し、この超音波放射面１１１から媒体２に向けて超音波が放射される。この前面板１１は樹脂製である。この樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂でもよく、熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂からなる前面板１１は、射出成形、圧縮成形及び押出成形等の各種の成形方法により作製することができる。また、熱硬化樹脂からなる前面板１１は型成形により作製することができる。更に、前面板１１は、これらの樹脂からなる予備成形体を切削加工して作製することもできる。
【００１３】
樹脂としては熱可塑性樹脂が好ましく、特に切削加工が容易なアクリル樹脂及びポリプロピレン樹脂等がより好ましい。この切削加工によれば寸法精度の高い前面板１１とすることができる。また、軸芯ボルト１４の前面板１１が固定された一端側に発光体３が配設される場合は、透明性の高い前面板１１であることが好ましく、アクリル樹脂及びポリカーボネート樹脂等の優れた透明性を有する樹脂を用いることが好ましい。透明性の高い前面板１１であれば、発光体３からの発光を容易に視認することができる。
【００１４】
前面板１１の形状は特に限定されないが、円柱、円錐台、円柱の一端面に円錐台が延設された形状（図１〜６参照）等とすることができる。また、前面板１１には、超音波放射面１１１とは反対面側の径方向の中心部に、この前面板１１を軸芯ボルト１４の一端側に固定するためのネジ孔１１２が螺設されている。更に、前面板１１には、この前面板１１と軸芯ボルト１４の一端側とを固定するときに、治具を当接させるための少なくも２箇所の平坦部１１３又は少なくとも１箇所の横穴が形成されていてもよい（図１、３参照）。
【００１５】
前面板１１の寸法も特に限定されないが、前面板１１の長さ方向の寸法は、超音波振動子１を伝播する超音波の１／４波長の自然数倍にほぼ等しい寸法であることが好ましい。このようにすれば、超音波放射面１１１の振幅を最大にすることができるため、媒体に振幅の大きい超音波を放射することができる。前面板１１の長さ方向の寸法を超音波の１／４波長の何倍とするかは特に限定されないが、この倍数が大きくなるとともに共振周波数が高くなり、不要振動モードも増加してくる。そのため、可能な限り低倍数とすることが好ましく、１倍、即ち、超音波の１／４波長にほぼ等しい長さであることが多い。
尚、超音波の１／４波長の自然数倍にほぼ等しい寸法とは、本発明の超音波振動子の場合、振動ノード部があるべき板状体部から外れない範囲内であるという意味であり、通常、１／４波長の自然数倍の８０〜１２０％の範囲の寸法である。
【００１６】
前面板１１は、長さ方向に多層構造であり、圧電セラミック体側の層の音響インピーダンスが、前面板１１の超音波放射面側の層の音響インピーダンスより大きい形態とすることができる（図５参照、相対的に音響インピーダンスの大きい層１１４と音響インピーダンスの小さい層１１５とからなる。）。このような前面板１１であれば、部材の境界は増加するものの、超音波振動子１の一端面から他端面に亘る全体の超音波の伝播損失を低減させることができる。このように多層構造である場合、その層数は特に限定されないが、２〜５層とすることができ、２〜４層、特に２〜３層とすることが好ましい。また、各々の層の厚さも特に限定されない。更に、それぞれの層の材質も特に限定されないが、境界での超音波の反射等を低減させるためには同材質であることが好ましい。また、各々の層を一体化する方法も特に限定されず、接着剤により接合する方法が挙げられ、熱可塑性樹脂からなる前面板１１であれば、それぞれの層を界面で熱融着させて一体とすることもできる。
【００１７】
前面板１１は、その音響インピーダンスが、長さ方向において、圧電セラミック体側から前面板１１の超音波放射面側へと漸次小さくなっている形態とすることもできる（図６参照、尚、この図６では、密なドットはより音響インピーダンスが大きいことを表しており、粗なドットは音響インピーダンスが小さいことを表している。）。このような前面板１１であれば、超音波振動子１の一端面から他端面に亘る全体の超音波の伝播損失を低減させることができる。このように前面板１１の長さ方向において音響インピーダンスに傾斜をもたせる方法は特に限定されない。例えば、気孔径が圧電セラミック体側から前面板１１の超音波放射面側へと漸次大きくなるような樹脂発泡体からなる前面板１１とする方法が挙げられる。また、ガラスバルーンを配合した樹脂を使用し、このガラスバルーンの含有量を圧電セラミック体側から前面板１１の超音波放射面側へと漸次減少させる方法等が挙げられる。
【００１８】
上記「裏打板１２」は、前面板１１に圧電セラミック体１３を圧接させるための部材である（図１〜３参照）。また、板状体１４２を備える軸芯ボルト１４を用いる場合は、この軸芯ボルト１４の板状体１４２に圧電セラミック体１３を圧接させるための部材である。更に、この圧電セラミック体１３の圧接とともに、圧電セラミック成形体に積層されて配設されたベリリウム−銅等からなる電極板１３２も、裏打板１２と圧電セラミック成形体との間、又は複数枚の圧電セラミック成形体が用いられる場合は、各々の圧電セラミック成形体の間に圧接される。
【００１９】
裏打板１２の材質は特に限定されず、金属、樹脂、セラミック等を用いることができるが、超音波振動子１の全長を短くして、より小型の超音波振動子とするためには、密度の大きい材質からなる裏打板１２とすることが好ましい。従って、金属及びセラミック等からなる裏打板１２が好ましい。また、密度が大きく、且つ他の物品等と接触しても欠損し難い金属からなる裏打板１２がより好ましい。この金属は特に限定されず、各種の金属を用いることができる。金属としては、金属のうちでは密度が小さく、圧電セラミック成形体と密度が大きく相違しない、所謂、軽金属が好ましく、この軽金属としては、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタン等が挙げられ、密度が圧電セラミック成形体により近似しており、且つ安価なアルミニウムがより好ましい。
【００２０】
裏打板１２の形状は特に限定されないが、前面板１１と同様に、円柱（図１参照）、円錐台、円柱の一端面に円錐台が延設された形状等とすることができる。また、裏打板１２には、電極板１３２又は電極板１３２及び圧電セラミック成形体に圧接される側の径方向の中心部に、この裏打板１２を軸芯ボルト１４の他端側に固定するためのネジ孔１２１が螺設されている。更に、裏打板１２には、この裏打板１２と軸芯ボルト１４の他端側とを固定するときに、治具を当接させるための少なくも２箇所の平坦部１２２が形成されていてもよい（図１、３参照）。
【００２１】
上記「圧電セラミック体１３」は、交流電圧を印加することにより、振動し、超音波を発生させる部材である。この圧電セラミック体１３を構成する圧電セラミック成形体の形成に用いられる圧電セラミックは特に限定されず、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等が挙げられる。
【００２２】
圧電セラミック体１３の形状は特に限定されない。この圧電セラミック体１３は、円柱形、円板形（図１参照）等とすることができる。また、圧電セラミック成形体の径方向の中心部には一端面から他端面に貫通する貫通孔１３１が設けられており（図１〜３参照）、この圧電セラミック成形体が軸芯ボルト１４の他端側から軸芯ボルト１４に挿通され、同様に挿通された電極板とともに、前面板１１の超音波放射面１１１とは反対の面と、裏打板１２の一端面とにより挟持され、圧接されて圧電セラミック体１３が構成される。この圧電セラミック体１３は、軸芯ボルト１４が板状体１４２を備える場合は、板状体１４２の他面と裏打板１２の一端面とにより挟持され、圧接される（図１〜３参照）。
【００２３】
更に、この圧電セラミック体１３は軸芯ボルト１４とは離間して配設されている。圧電セラミック体１３と軸芯ボルト１４とを離間させる方法は特に限定されない。例えば、圧電セラミック成形体に設けられた貫通孔１３１の径を、軸芯ボルト１４の外径より大きくすることにより離間させることができる。また、軸芯ボルト１４の外径を、圧電セラミック体１３に対応する部分で径小とすることにより離間させることもできる。
【００２４】
圧電セラミック成形体は、前面板１１の超音波放射面１１１とは反対の面と裏打板１２の一端面との間、又は板状体１４２を備える軸芯ボルト１４の場合は、この板状体１４２の他面と裏打板１２の一端面との間、に１枚のみ挟持され、圧接されて圧電セラミック体１３が構成されていてもよいが、通常、複数の圧電セラミック成形体が挟持され、圧接されて圧電セラミック体１３となっている（図１〜３参照）。このように複数の圧電セラミック成形体を用いるのは、実用的に十分な出力を得ようとして高電圧を印加した場合に、過大な引張応力には耐えられない圧電セラミック成形体に亀裂が発生することを防止するためである。複数の圧電セラミック成形体が挟持され、圧接される場合、その枚数は特に限定されず、圧電セラミック成形体を構成する圧電セラミックの種類、並びに超音波振動子の用途及び所要出力等により設定することが好ましい。この枚数は２〜１０枚とすることができ、２〜８枚、特に２〜６枚とすることが好ましい。
【００２５】
本発明の超音波振動子１は、前面板１１と、裏打板１２と、これらの間に配設された圧電セラミック体１３とが、軸芯ボルト１４により一体に固定されておればよく、その構造は特に限定されない。例えば、軸芯ボルト１４の少なくとも両端側に、それぞれ前面板１１及び裏打板１２を螺合させるためのネジが螺設された軸芯ボルト１４を用いることができる。更に、少なくとも両端側にネジが螺設された棒状体１４１と、この棒状体１４１に、その軸芯方向と交わる方向にて固定された板状体１４２とを備え、棒状体１４１に圧電セラミック成形体と電極板１３２とが挿通され、棒状体１４１の両端側が圧電セラミック体１３から突出し、一端側に前面板１１が固定され、他端側に裏打板１２が固定されており、板状体１４２の一面と前面板１１とが当接し、板状体１４２の他面と圧電セラミック体１３とが当接している構造の超音波振動子１とすることができる（図１〜３参照）。
【００２６】
上記「軸芯ボルト１４」は、前面板１１，裏打板１２及び圧電セラミック体１３を一体に固定して超音波振動子１とするための芯体となるものである。このように軸芯ボルト１４は各々の部材を一体に固定するための強度を必要とし、通常、金属製である。この金属は特に限定されないが、ステンレス鋼等の鉄鋼製であることが多い。
【００２７】
軸芯ボルト１４が板状体１４２を備える場合、この板状体１４２は、棒状体１４１の軸芯方向と交わる方向に固定されている。この軸芯方向と交わる方向は特に限定されないが、板状体１４２は、軸芯方向に対して７０°以上、特に８０°以上の角度で設けられていることが好ましい。更に、板状体１４２は棒状体１４１の軸芯方向と９０°の角度で設けられている、即ち、棒状体１４１の軸芯方向と、板状体１４２の径方向とは直交していることがより好ましい（図１〜３参照）。
【００２８】
板状体１４２の平面方向の形状も特に限定されず、円形及び楕円形並びに三角形、四角形等の多角形のいずれであってもよい。また、円形及び楕円形の周縁の対向する部分が切り取られた形状等であってもよい（図１参照）。板状体１４２の平面方向の面積も特に限定されないが、前面板１１と板状体１４２とが全面で当接されていることが好ましい。即ち、板状体１４２の平面方向の面積は、前面板１１の超音波放射面１１１とは反対の面の板状体１４２に当接される面の面積と同じであるか、この面積を越える面積であることが好ましい。例えば、前面板１１の板状体１４２との当接面が円形であり、板状体１４２の平面方向の形状が円形、又は円形の対向する周縁部分が切り取られた形状であり、且つ板状体１４２が前面板１１の板状体１４２との当接面より大寸であることが好ましい。このような軸芯ボルト１４を用いて、板状体１４２と前面板１１とを同軸に配置することがより好ましい（図１参照）。
【００２９】
また、圧電セラミック体１３の板状体１４２に当接される面も、板状体１４２と全面で当接されていることが好ましい。更に、前面板１１の板状体１４２との当接面が円形であり、圧電セラミック体１３の板状体１４２との当接面も円形であって、板状体１４２の平面方向の形状が円形、又は円形の対向する周縁部分が切り取られた形状であり、且つ板状体１４２が前面板１１の板状体１４２との当接面及び圧電セラミック体１３との当接面より大寸であることが好ましい。このような軸芯ボルト１４を用いて、板状体１４２、前面板１１及び圧電セラミック体１３を同軸に配置することがより好ましい（図１参照）。
【００３０】
この超音波振動子１では、軸芯ボルト１４の一端側に発光体３が配設されていてもよい。このように発光体３が配設される場合、軸芯ボルト１４の一端側に発光体３を収納するための凹部を設けてもよく、軸芯ボルト１４の一端面から他端面に貫通する貫通孔を設けてもよいが、貫通孔１４３を設けることが好ましい（図７参照）。貫通孔１４３を設けたときは、この貫通孔１４３を発光体３に通電する配線（図示せず）を挿通させるための配設孔として利用することができる。発光体３の種類は特に限定されず、発光ダイオード等の各種の発光体を用いることができる。これらのうちでは、電力消費が少なく、優れた耐久性を有する発光ダイオード３が好ましい（図７参照）。
尚、発光体３を配設する場合は、前記のように、前面板１１をアクリル樹脂及びポリカーボネート樹脂等により形成することが好ましい。
【００３１】
本発明の超音波振動子の製造方法は特に限定されない。この超音波振動子１は、例えば、圧電セラミック体１３と裏打板１２とを軸芯ボルト１４により固定して組立体２０とし、その後、組立体２０に前面板１１を組み付けることにより製造することができる。
組立体２０の作製方法は特に限定されない。例えば、軸芯ボルト１４の棒状体１４１に、その他端側から圧電セラミック成形体と電極板１３２とを挿通し、その後、裏打板１２をねじ込み、軸芯ボルト１４の板状体１４２の一面と圧電セラミック体１３、及び圧電セラミック体１３と裏打板１２とを圧接させて作製することができる。
【００３２】
組立体２０に前面板１１を組み付ける方法も特に限定されない。例えば、組立体２０を、裏打板１２に設けられた治具を当接させるための少なくも２箇所の平坦部１２２を用いて固定し、棒状体１４１の一端側に前面板１１をねじ込んで組み付けることができる。また、前面板１１を、この前面板１１に設けられた治具を当接させるための少なくも２箇所の平坦部１１３を用いて固定し、前面板１１に螺設されたネジ孔１１２に、組立体２０の軸芯ボルト１４の一端側をねじ込んで組み付けることもできる。
【００３３】
本発明の超音波機器は、本発明の超音波振動子を備える。この超音波機器は特に限定されず、例えば、超音波プローブ、魚群探知機、超音波距離計、超音波流量計、超音波速度計、超音波探傷機、超音波洗浄機及び水中音波探知機等が挙げられる。
【実施例】
【００３４】
実施例１
断面円形の棒状体１４１の一端側と他端側とにネジが螺設され、この棒状体１４１の一端側寄りに棒状体１４１の軸芯方向と直交するように断面円形の板状体１４２が固定されてなるステンレス鋼製の軸芯ボルト１４の一端側から、中心部に貫通孔１３１を有する円板形状の４枚の圧電セラミック成形体と、ベリリウム−銅合金製であり、中心部に開口部を有し、且つ断面円形の４枚の電極板１３２とを、１枚目の電極板１３２から交互に挿通させた。その後、軸芯ボルト１４の他端側からアルミニウム製の裏打板１２を嵌め込み、軸芯ボルト１４の板状体１４２の他面と裏打板１２の一端面との間で、圧電セラミック成形体と電極板１３２とを圧接させて組立体２０を作製した。次いで、軸芯ボルト１４の一端側からアクリル樹脂製の前面板１１を嵌め込んで組み付け、軸芯ボルト１４の板状体１４２の一面と、前面板１１の超音波放射面１１１とは反対の面とを圧接させ、超音波振動子１を製造した。
尚、前面板１１の長さは、共振周波数２２．８ｋＨｚに基づき、ＳＯＮＩＣ社製、型式「Ｒ２２０」により測定した音速値及び文献での音速値をもとに、下式より算出される波長λの１／４となる２１．２ｍｍとした。
λ＝Ｖ／ｆ
λ；波長、Ｖ；音速、ｆ；共振周波数
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の超音波振動子は、特に水又は空気等の媒体に超音波を放射するとき、並びにこれらの媒体からの超音波を受信するときに特に有用であり、前記の各種の超音波機器に組み込んで用いることができる。これらの超音波機器は、魚群探知、距離測定、流量測定、速度測定、非破壊検査、洗浄及び水中音波探知等の多くの用途において用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】樹脂製の前面板を用いた本発明の超音波振動子の模式的な分解斜視図である。
【図２】本発明の超音波振動子の模式的な断面図である。
【図３】圧電セラミック体と、前面板と、超音波が放射される媒体の各々の音響インピーダンスの相関を表す概念図である。
【図４】本発明の超音波振動子の製造方法の概略を説明する説明図である。（ａ）は組立体を作製する工程、（ｂ）は組立体に前面板を組み付けて超音波振動子を製造する工程、の各々の説明図である。
【図５】長さ方向に音響インピーダンスの異なる樹脂層が積層されてなる前面板の断面図である。
【図６】長さ方向に音響インピーダンスが漸次変化している前面板の断面図である。
【図７】前面板の径方向の中央部に発光ダイオード等の発光体が配設された超音波振動子の断面図である。
【図８】前面板及び裏打板がともに金属ブロックにより構成されている従来の超音波振動子の斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１；超音波振動子、１１；前面板、１２；裏打板、１３；圧電セラミック体、１４；軸芯ボルト、２；媒体（水）、３；発光ダイオード（発光体）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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