JPS5830386Y2 - Ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer

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JPS5830386Y2
JPS5830386Y2 JP13052578U JP13052578U JPS5830386Y2 JP S5830386 Y2 JPS5830386 Y2 JP S5830386Y2 JP 13052578 U JP13052578 U JP 13052578U JP 13052578 U JP13052578 U JP 13052578U JP S5830386 Y2 JPS5830386 Y2 JP S5830386Y2
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JP
Japan
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sensitivity
elastic body
protrusion
resonator
case
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JP13052578U
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Japanese (ja)
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JPS5546369U (en
Inventor
義昭 幣之内
Original Assignee
株式会社村田製作所
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、テレビジョン受像機のリモートコントロール
装置、警報器等に用いて好適な超音波信号を送波もしく
は受波するための超音波送受波器の改良に関し、特に、
比較的高い中心周波数をもち、かつ広周波数帯域にわた
って大きな送受波感度を得るための送受波器に関する。
[Detailed description of the invention] The present invention relates to the improvement of an ultrasonic transducer for transmitting or receiving ultrasonic signals suitable for use in remote control devices of television receivers, alarms, etc. ,
The present invention relates to a transducer having a relatively high center frequency and achieving high transmitting and receiving sensitivity over a wide frequency band.

この種超音波送受波器としては、セラミックバイモルフ
振動子の中央部に、アルミ製じょうろ状付加共振子(以
下じょうろ共振子という)もしくは樹脂製の縦断面台形
状付加共振子(以下台形共振子という)を設けたものが
知られている。
This type of ultrasonic transducer is equipped with an aluminum watering can-shaped additional resonator (hereinafter referred to as a watering can resonator) or a resin-made additional resonator with a trapezoidal cross section (hereinafter referred to as a trapezoidal resonator) in the center of a ceramic bimorph transducer. ) is known.

そして、前者のアルミじょうろ共振子を用いたものは、
第■の感度(主感度)が発生する周波数点と小さな感度
ではあるが第2の感度(副感度)が発生する周波数点と
の間隔が非常に広く、その中間の周波数領域で実用上利
用できる感度がほとんど得られないので、広周波数帯域
にわたって大きな感度を得ることがきわめて困難で゛あ
る。
The former, which uses an aluminum watering can resonator, is
The interval between the frequency point where the second sensitivity (main sensitivity) occurs and the frequency point where the second sensitivity (subsensitivity) occurs, although it is small, is very wide, and it can be used practically in the frequency range in between. Since little sensitivity is obtained, it is extremely difficult to obtain large sensitivity over a wide frequency band.

一方、後者の樹脂台形共振子を設けた送受波器は第1図
に示すような構造をとる。
On the other hand, the latter transducer equipped with a resin trapezoidal resonator has a structure as shown in FIG.

第1図において、1は複合振動子で、セラミックバイモ
ルフ振動子2の片面の中央付近に樹脂製台形共振子3を
固着して構成されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a composite resonator, which is constructed by fixing a resin trapezoidal resonator 3 near the center of one side of a ceramic bimorph resonator 2.

この複合振動子1は、基板4上にその基板4とバイモル
フ振動子2との間に基板4と一体に形成された支持部材
5を介在させて固定されている。
This composite vibrator 1 is fixed on a substrate 4 with a support member 5 formed integrally with the substrate 4 interposed between the substrate 4 and the bimorph vibrator 2.

6はシールド板、7は外部ケースである。6 is a shield plate, and 7 is an external case.

このような送受波器は、第4図aに示すインピーダンス
特性からみると、第1感度の生ずべき低周波域の第1の
共振と、第2感度の生ずべき高周波域の第2の共振とを
励起する。
When viewed from the impedance characteristics shown in Figure 4a, such a transducer has a first resonance in the low frequency range where the first sensitivity should occur, and a second resonance in the high frequency range where the second sensitivity should occur. Excite resonance.

ところが第4図すから明らかなように、第1共振に対応
して発生すべき第1感度のレベルが非常に低く、このよ
うな低レベルの感度ではこの帯域において超音波を送受
波することが困難である。
However, as is clear from Figure 4, the level of the first sensitivity that should be generated in response to the first resonance is very low, and with such a low level of sensitivity, it is impossible to transmit and receive ultrasound in this band. Have difficulty.

したがって、この種送受波器は第2感度の生ずる低周波
域だけの狭帯域な特性しか得られない。
Therefore, this type of transducer can only obtain narrowband characteristics only in the low frequency region where the second sensitivity occurs.

実際上利用できる感度レベルを73 dB付近(Aで示
す)とすると、Bで示す狭い周波数範囲でしか送受波で
きない。
If the practically usable sensitivity level is around 73 dB (indicated by A), waves can be transmitted and received only in a narrow frequency range shown by B.

このように第1感度のレベルが低くなるのは次の理由に
よるものと推定される。
The reason why the level of the first sensitivity becomes low in this way is presumed to be due to the following reason.

すなわち、超音波送受波面となる付加共振子3上に粉を
のせて第1共振と第2共振とをそれぞれ励振させた実験
結果によると、第1共振は粉が面全体にわたって上下振
動をするため吹上げ振動を起こしていると考えられ、第
2共振は粉がノードラインに集中するため屈曲振動を起
こしていると考えられ、そして複合振動子1は基板4に
固着されているので、吹上げモードによる振動が抑圧さ
れ、第1感度が低レベルになると推定できる。
In other words, according to the results of an experiment in which powder was placed on the additional resonator 3, which serves as the ultrasonic wave transmitting/receiving surface, and the first resonance and second resonance were excited respectively, the first resonance was caused by the powder vibrating vertically over the entire surface. It is thought that this is causing blow-up vibration, and the second resonance is thought to be caused by bending vibration because the powder concentrates on the node line.And since the composite vibrator 1 is fixed to the substrate 4, blow-up vibration is caused. It can be estimated that the vibration due to the mode is suppressed and the first sensitivity becomes a low level.

したがって本考案は、第1感度が吹上げモードによる振
動に起因していることに羞目し、その吹上げモードによ
る振動を円滑に行わしめる手段を備えかつ、その手段を
きわめて簡単な構成とした、広帯域特性をもつ超音波送
受波器を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention is concerned about the fact that the first sensitivity is caused by the vibration caused by the blow-up mode, and has provided a means for smoothing the vibration due to the blow-up mode, and has designed the means to have an extremely simple structure. The purpose of this invention is to provide an ultrasonic transducer with broadband characteristics.

以下、本考案の一実施例を図面を参照しつつ詳述する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第2,3図において、10は複合振動子で、角板状圧電
セラミックバイモルフ振動子11の片面中央部に樹脂製
付加共振子12が接着剤で固着されてなる。
In FIGS. 2 and 3, reference numeral 10 denotes a composite resonator, which is made up of a square plate-shaped piezoelectric ceramic bimorph resonator 11 and an additional resin resonator 12 fixed to the center of one side with adhesive.

バイモルフ振動子11は2枚の圧電セラミック板が貼り
合わされ、外側両電極上のノードライン付近にリードl
la、llbが半田接続されてなる。
The bimorph resonator 11 is made up of two piezoelectric ceramic plates bonded together, and a lead l is placed near the node line on both outer electrodes.
la and llb are connected by solder.

付加共振子12は縦断面が台形状で横断面が円形状の台
形本体12 aとこの本体に一体に形成された円柱状突
起12 bとで構成され、その台形本体12 aの短辺
側の面がバイモルフ振動子11に当接され、突起12b
のある面が突起12bとともに超音波送波(受波)面の
働きをする。
The additional resonator 12 is composed of a trapezoidal main body 12a having a trapezoidal vertical section and a circular cross section, and a cylindrical projection 12b integrally formed on this main body. The surface is brought into contact with the bimorph resonator 11, and the protrusion 12b
A certain surface functions as an ultrasonic wave transmitting (wave receiving) surface together with the protrusion 12b.

13は支持体14を一体に形成した一端開口状の絶縁ケ
ースである。
Reference numeral 13 denotes an insulating case with an open end and integrally formed with a support 14 .

支持体14はケース13内において底部中央から軸方向
に延びるように形成した円柱で構成されている。
The support body 14 is constituted by a cylinder formed inside the case 13 so as to extend in the axial direction from the center of the bottom portion.

円柱状支持体14のケース開口側の端面には同心で支持
体14の外径よりも小さな径を有する突出部15が設け
られている。
A concentric projection 15 having a smaller diameter than the outer diameter of the support 14 is provided on the end surface of the cylindrical support 14 on the case opening side.

ケース13の周壁16はその内周側において底部から開
口に向かって段階的にその厚みが狭められ、ケース内周
面に複数の段差が設けられている。
The thickness of the peripheral wall 16 of the case 13 is gradually reduced from the bottom toward the opening on the inner peripheral side, and a plurality of steps are provided on the inner peripheral surface of the case.

すなわちケース13の内径は開口端において最も大きく
、底部にいくにしたがって小さくなるよう構成されてい
る。
That is, the inner diameter of the case 13 is largest at the open end and becomes smaller toward the bottom.

ケース周壁16は外周側においても開口端付近にのみ段
差が設けられている。
The case peripheral wall 16 is provided with a step only near the opening end on the outer peripheral side.

19.20は外部導出ピンで、ケース周壁16に植設さ
れている。
Reference numerals 19 and 20 indicate external lead-out pins, which are implanted in the case peripheral wall 16.

ピン19.20のケース13内に突出した先端と対向す
るケース周壁16には切欠き17.18が設けられてい
る。
A cutout 17.18 is provided in the case peripheral wall 16 opposite the tip of the pin 19.20 protruding into the case 13.

21は例えばシリコンラバーで構成された分割リング状
弾性体であり、突出部15に嵌入されている。
21 is a split ring-shaped elastic body made of silicone rubber, for example, and is fitted into the protrusion 15 .

この弾性体21はその厚みを突出部15の高さよりも大
きくシ、突出部15に嵌め込んだとき、その上面と突出
部15の上面との間に空隙を形成する。
The thickness of the elastic body 21 is greater than the height of the protrusion 15, and when the elastic body 21 is fitted into the protrusion 15, a gap is formed between its upper surface and the upper surface of the protrusion 15.

また支持体14の端面には突出部15の周囲に周堤を設
け、この周堤と突出部15との間に形成される周溝に弾
性体21を嵌入するようにしてもよい。
Further, a circumferential wall may be provided around the protrusion 15 on the end surface of the support body 14, and the elastic body 21 may be fitted into a circumferential groove formed between the circumferential wall and the protrusion 15.

弾性体21は支持体14との間にシリコン接着剤を充填
して固着しておくのが好ましい。
It is preferable that the elastic body 21 and the support body 14 be fixed by filling a space between them and the support body 14 with a silicone adhesive.

弾性体21上には複合振動子10が送受波面をケース開
口に向けた状態でシリコン接着剤により固着されている
A composite vibrator 10 is fixed onto the elastic body 21 with a silicone adhesive with its wave transmitting and receiving surface facing the case opening.

振動子10の取付けはバイモルフ振動子11の下面側の
リード11 bの半田接続部を弾性体21の分割部分2
1 aに位置させて行なう。
To install the vibrator 10, connect the solder connection part of the lead 11b on the bottom side of the bimorph vibrator 11 to the divided part 2 of the elastic body 21.
1 Place it in position a.

その分割部分21 aにはシリコン接着剤を十分充填し
てバイモルフ振動子11と支持体14との間に空隙を密
封させておくのが好ましい。
It is preferable that the divided portion 21a is sufficiently filled with silicone adhesive to seal the gap between the bimorph resonator 11 and the support 14.

リード11 aはピン19に、ノード11 bはピン2
0にそれぞれ半田接続され、さらに各半田接続部分には
シリコン接着剤を付着させておくのが好ましい。
Lead 11 a to pin 19, node 11 b to pin 2
It is preferable that each solder connection portion be soldered and that a silicone adhesive be applied to each solder connection portion.

22はシールド板でケース13の底部に当接され、一方
のピン20と半田接続され、他方のピン19とは電気的
に絶縁されている。
22 is a shield plate that is brought into contact with the bottom of the case 13, is soldered to one pin 20, and is electrically insulated from the other pin 19.

23は網状窓部材で、ケース開口端を覆い、その周縁が
ケース周壁16の外側段差にまで被せられている。
Reference numeral 23 denotes a mesh window member that covers the opening end of the case, and its periphery extends to the outer step of the case peripheral wall 16.

金属カバー24はケース開口からケース13に被せられ
、適当な手段によりケース13に固定され、このカバー
24とケース13とによって窓部材23が固定されてい
る。
The metal cover 24 is placed over the case 13 from the case opening and fixed to the case 13 by suitable means, and the window member 23 is fixed by the cover 24 and the case 13.

本実施例によれば、複合振動子10は弾性体21を介し
て支持されているので、吹上げモードによる振動が効率
よく発生し、第5図すに示すように、低周波数域におい
て実用に供し得る大きなレベルの第1感度があられれ、
もともと大きなレベルをもつ第2感度と合わせて広帯域
にわたって感度の良好な送受波器が得られる。
According to this embodiment, since the composite vibrator 10 is supported via the elastic body 21, the vibration due to the blow-up mode is efficiently generated, and as shown in FIG. May we have a great level of first sensitivity,
In combination with the second sensitivity, which originally has a high level, a transducer with good sensitivity over a wide band can be obtained.

感度の得られる周波数帯域幅は、第5図すにおけるCで
示すように従来例に比較して著しく広くなる。
The frequency bandwidth in which sensitivity can be obtained is significantly wider than that of the conventional example, as shown by C in FIG.

また弾性体21は突出部15に嵌入するだけでよいので
確実に位置決めでき、ひいては複合振動子10を容易に
所定位置に取り付けることができる。
Furthermore, since the elastic body 21 only needs to be fitted into the protrusion 15, it can be positioned reliably, and the composite vibrator 10 can be easily attached to a predetermined position.

しかもリング状弾性体21の分割部分にリード11 b
の半田部を位置させているので、半田部により複合振動
子10が傾斜することなく、所定の指向性を確実に得る
ことができる。
Moreover, the lead 11b is attached to the divided portion of the ring-shaped elastic body 21.
Since the solder portion is located, the composite vibrator 10 is not tilted by the solder portion, and a predetermined directivity can be reliably obtained.

さらに付加共振子12に突起12bを設けているので、
第1共振のQが大きくなるとともに第2共振のQが小さ
くなって(第5図aにおいて、破線は突起のない場合の
共振特性図、実線は突起12bを設けた場合の共振特性
図を示す)、低Qの第2共振に対応する感度が一層大き
くなる。
Furthermore, since the additional resonator 12 is provided with the protrusion 12b,
As the Q of the first resonance increases, the Q of the second resonance decreases. ), the sensitivity corresponding to the low Q second resonance is even greater.

なお第1共振による感度は実験的にみてQの変動の影響
は受けない。
It should be noted that the sensitivity due to the first resonance is not affected by the fluctuation of Q as seen experimentally.

これは第1共振の振動モードが吹上げモードであるため
と推定できる。
This can be presumed to be because the vibration mode of the first resonance is the blow-up mode.

さらにまた、支持体14とケース周壁16間の周溝やケ
ース周溝16の内周面の段差の形状を変えることによっ
ても感度は変化させ得るので、それらの形状は実験的も
しくは計算に基づいて最適形状に設定すればよい。
Furthermore, the sensitivity can be changed by changing the shape of the circumferential groove between the support body 14 and the case circumferential wall 16 or the step shape on the inner circumferential surface of the case circumferential groove 16, so these shapes can be determined based on experiments or calculations. Just set it to the optimal shape.

本考案は上記実施例に限定されるものでなく、リング状
の弾性体、突起のない付加共振子、あるいは他の形状の
絶縁ケース等を用いることが可能である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it is possible to use a ring-shaped elastic body, an additional resonator without protrusions, or an insulating case of other shapes.

本考案は、以上説明したように、圧電バイモルス振動子
と樹脂製付加共振子が固着された複合振動子を、支持体
の突出部に嵌入されたリング状もしくは分割リング状弾
性体を介して、支持体に取り付けるようにしているので
、吹上げモードによる振動が円滑に作動し、その振動に
対応する感度が大きくなって、屈曲モードによる振動に
対応する感度と合わさって広い周波数帯域にわたって感
度が良好になり、この結果本考案によれば広帯域な送受
波器が得られ、しかも広帯域にわたって感度を高める手
段がリング状もしくは分割リング状弾性体を用いるだけ
でよいのできわめて簡単に構成できるという効果も有す
る。
As explained above, the present invention provides a composite vibrator in which a piezoelectric bimors vibrator and an additional resin resonator are fixed, through a ring-shaped or split ring-shaped elastic body fitted into a protrusion of a support. Since it is attached to a support, the vibrations caused by the blow-up mode operate smoothly, and the sensitivity corresponding to the vibrations increases.This, combined with the sensitivity corresponding to the vibrations caused by the bending mode, provides good sensitivity over a wide frequency band. As a result, according to the present invention, it is possible to obtain a wideband transducer, and it also has the advantage that it can be constructed extremely easily because the means for increasing sensitivity over a wideband only requires the use of a ring-shaped or split ring-shaped elastic body. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の超音波送受波器の断面図、第2図および
第3図は本考案による超音波送受波器の実施例を示し、
第2図は断面図、第3図a、l)、c。 dはそれぞれ主なる部分を示す図、第4図aおよびbは
従来例の共振特性図および感度特性図、第5図aおよび
bは本実施例の共振特性図および感度特性図である。 10・・・・・・複合振動子、11・・・・・・バイモ
ルス振動子、12・・・・・・付加共振子、13・・・
・・・絶縁ケース、14・・・・・・支持体、15・・
・・・・突出部、21・・・・・・弾性体。
FIG. 1 is a sectional view of a conventional ultrasonic transducer, and FIGS. 2 and 3 show an embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention.
Figure 2 is a sectional view, Figure 3 a, l), c. d shows the main parts, FIGS. 4a and 4b are a resonance characteristic diagram and a sensitivity characteristic diagram of a conventional example, and FIGS. 5a and b are a resonance characteristic diagram and a sensitivity characteristic diagram of this embodiment. 10...Composite resonator, 11...Bimors oscillator, 12...Additional resonator, 13...
... Insulation case, 14 ... Support body, 15 ...
...Protrusion, 21...Elastic body.

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] (1)バイモルフ振動子の中央部に樹脂製付加共振子を
設けた複合振動子と、突出部を有する支持体と、前記突
出部より大きな厚みを有するリング状もしくは分割リン
グ状弾性体とを備え、前記弾性体を前記突出部に嵌合し
、その弾性体上に前記複合振動子を貼着したことを特徴
とする超音波送受波器。
(1) A composite vibrator with an additional resin resonator provided in the center of the bimorph vibrator, a support body having a protrusion, and a ring-shaped or split ring-shaped elastic body having a thickness greater than the protrusion. . An ultrasonic transducer, characterized in that the elastic body is fitted into the protrusion, and the composite vibrator is adhered onto the elastic body.
(2)前記分割リング状弾性体の分割部分に前記バイモ
ルフ振動子へのリード線接続部に位置させた、実用新案
登録請求の範囲第(1)項記載の超音波送受波器。
(2) The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the split portion of the split ring-shaped elastic body is located at a lead wire connection portion to the bimorph vibrator.
JP13052578U 1978-09-21 1978-09-21 Ultrasonic transducer Expired JPS5830386Y2 (en)

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JP13052578U JPS5830386Y2 (en) 1978-09-21 1978-09-21 Ultrasonic transducer
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DE2937942A DE2937942C2 (en) 1978-09-21 1979-09-20 Ultrasonic transducer
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JPS5546369U JPS5546369U (en) 1980-03-26
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