DE2610639C2

DE2610639C2 - Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ultraschallverzögerungsleitungen

Info

Publication number: DE2610639C2
Application number: DE2610639A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Kawasaki Kanagawa Igarashi; Tohru Yokohama Kanbara; Michihiko Uemura
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1975-03-13
Filing date: 1976-03-13
Publication date: 1984-08-02
Also published as: GB1493091A; US4034317A; JPS51105252A; FR2304219A1; FR2304219B1; DE2610639A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ultraschallverzögerungsleitungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus der US-PS 35 81 247. Bei den dabei erhaltenen Ultraschall Verzögerungsleitungen kommen durch Streueffekte unerwünschte Signale zustande, welche von dem gewünschten Signalpfad abweichen. Man hat daher zur Dämpfung dieser unerwünschten Signale entweder an ausgewählten Stellen innerhalb der Scheibe (DE-AS 1139 218) oder an ausgewählten, die uneryjünschten Signale reflektierenden Bereichen der Seitenfläche ultraschalldämpfendes Material, zum Beispiel Blei, Zinn oder dergleichen vorgesehen (DE-AS 12 68 750). Das erstehe Verfahren ist äußerst zeitaufwendig und kostspielig. Das letztere Verfahren kann zwar mit einfacheren Mitteln durchgeführt werden, jedoch muß es immer noch bei den einzelnen, bereits auf das Endmaß geschliffenen Ultraschallverzögerungsleitungen angewandt werden. Daher eignet sich das bekannte Verfahren nicht für die Massenfertigung.

Es ist beKits aus de;- DE-Ai- 15 41 957 bekannt, zwei Ultraschallverzögerungsleitungen durch Zerteilen eines Blockes herzustellen, wabeJ zwei Seitenflächen des Blockes aufgerauht sind. Diese Aufrauhung dient ebenfalls der Absorption von unerwünsch λι Signalkomponenten. Sie befindet sich jedoch nicht an den Seltenflächen der fertigen Ultraschallverzögerungsleitungen, sondern an einer der beiden Hauptflächen. Ferner sind aus der DE-OS 21 31 614 Ultraschallverzögerungsleitungen bekannt, bei denen die Kanten mit Einkerbungen versehen sind. Auch diese Einkerbungen müssen bei Herstellung der Ultraschallverzögerungsleitungen durch Zerteilen eines Blockes in eine Vielzahl von Scheiben nach der Endbearbeitung der einzelnen Scheiben ausgebildet werden.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art durch zusätzliehe einfache, am gesamten Block ausführbare Maßnahmen derart weiterzubilden, daß auf kostengünstige Weise UltraschallverzCgerungsleitungen erhalten werden, die an Seitenflächenbereichen für unerwünschte Reflexion Ultraschalldämpfungseigenschaften aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merkmale im kennzeichnenden TeIi des Anspruchs 1 gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Flg. 1 einen vorgefertigten Block des Verzögerungsmediums;

Fig. 2 einen vorgefertigten Block des Verzögerungsmediums mit Bogennuten;

Fig. 3 einen zusammengesetzten Block mit niedrig schmelzendem Metall· oder niedrig schmelzender Leglerung in den Bogennuten und mit Wandlern; und
Fig. 4 eine Ultraschallverzögerungsleitung.

Durch die Anordnung des Eingangswandlers und des Ausgangswandlers ist der Fortpflanzungsweg für die Ultraschallschwingung festgelegt. Die unerwünschten Reflexionsbereiche befinden sich auf den Seitenflächen außerhalb der erwünschten Reflexionsberelche. Das niedrig schmelzende Metall oder die niedrig schmelzende Legierung haben einen hohen Absorptionskoeffizienten für Ultraschallschwingungen und die mechanische impedanz dieses Materials und die mechanische Impedanz des Verzögerungsmediums sind gut aneinander angepaßt. Bei der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung wird die Ultraschallschwingung, welche aus dem gewünschten Pfad der Ultraschallschwingung gestreut wird, in dem niedrig schmelzenden Metall oder in der niedrig schmelzenden Legierung absorbiert. Die nicht absorbierten an den unerwünschten Reflexionsbereichen reflektierten Wellen erleiden eine gleichförmige Streuung durch die Bogennuten, so daß die unerwünschten Signale drastisch gedämpft werden. Das energiedämpfende Material befindet sich In den Bogennuten, so daß es nicht leicht durch mechanische Einwirkungen abgelöst werden kann.

Es kommen verschiedenste niedrig schmelzende Metalle oder Metall-Legierungen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung In Frage, insbesondere Legierungen mit den Hauptkomponenten Pb, Sn oder Bl. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitungen, welche unerwünschte Signale stark dämpfen, wird ein Verzögerungsmedium aus zum Beispiel Quarz, Glas, Metall, Keramik zu einem vorgefertigten Block gewünschter Gestalt geschliffen. An den unerwünschten Reflexionsbereichen werden eine oder mehrere Bogennuten ausgebildet. Sodann werden der Eingangswandler und der Ausgangswandler in vorbestimmten Positionen am Block befestigt und das niedrig schmelzende Metall oder die niedrig schmelzende Legierung werden In die

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Nuten eingefüllt. Sodann wird der Block parallel zu den Hauptflächen des Verzögerungsmediums und senkrecht zu den mit dem Eingangswandler und dem Ausgangswandler versehenen Flächen gespalten.

Ultraschallverzögerungsleitungen für PAL-Farbfernsehempfänger und Videobandaufzeichnungsgeräte benötigen eine Genauigkeit der Verzögerungszelt von weniger als Vioooo see. Zur direkten Herstellung derartiger Verzögerungsleitungen aus dem Gesamtblock ist eine große Bearbeitungsgenauigkeit erforderlich mit linearen Toleranzen von bis zu mehreren μηο und mit Winkeltoleranzen von bis zu mehreren 10 Winkelsekunden. Eine ähnliche Genauigkeit ist für das Anbringen des Eingangswandlers und des Ausgangswandlers erforderlich. Zur Herstellung von Verzögerungsleitungen mit einer derartigen Genauigkeit wird ein vorgefertigter Block verwendet, dessen Abmessungen die präzisen Endabmessungen der fertigen Verzögerungsleitungen übersteigen und der eine den präzisen Winkeln entsprechende Gestalt hat. Sodann werden die Bogennuten an den unerwünschten Refiexionsbereichen des Blocks ausgebildet. Danach wird das niedrig schmelzende Metall oder die niedrig schmelzende Legierung in die Bogennuten eingefüllt, und die Wandler werden an vorbestimmten Stellen des zusammengesetzten Blocks angebracht. Danach wird der Gesamtblock gespalten oder in Scheiben zerteilt, und zwar in einer Richtung, welche senkrecht zu den mit dem Eingangswandler und dem Ausgangswandler versehenen Flächen verläuft. Danach wird eine Seitenfläche des gespaltenen Blocks unter Messung der Verzögerungszeit geschliffen, bis die gewünschte Verzögerungszeit erreicht ist. Man kann den Block des Verzögerungsmediums an den unerwünschten Reflexionsbereichen mit großer Genauigkeit mit Nuten versehen, ohne daß das Werkstück bei der Ausbildung der Nuten zu Bruch geht. Beim Einfüllen des niedrig schmelzenden Metalls oder der niedrig schmelzenden Legierung in die Bogennuten wird eine große Gleichförmigkeit hinsichtlich der Position und der Genauigkeit der Abmessungen, d. h. der Breite und der Dicke des niedrig schrm Senden Metalls öder der niedrig schmelzenden Metall-Legierung erreicht und es kommt beim Zerteilen des Blacks nicht zu einer Ablösung des Metalls oder der Legierung.

Da man ein niedrig schmelzendes Metall oder eine niedrig schmelzende Metall-Legierung als energiedämpfendes Material verwendet, ist das energiedämpfende Material sehr stabil und wird unter der Einwirkung von Wasser oder organischen Lösungsmitteln in der Waschstufe nach dem Spalten des Blocks nicht beeinträchtigt oder abgelöst. Diese Nachteile sind bei Verwendung von organischen energiedämpfenden Materialien unvermeidlich.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen der Ultraschallverzögerungsleitung und deren Herstellung erläutert. Für die Massenfertigung von Glasverzögerungsleitungen in Form dünner flacher Platten wird zunächst ein hexagonaler Block aus Glas gemäß Fig. 1 hergestellt. Dieser Block wird sodann zu vorbestimmten Abmessungen geschliffen, welche größer sind als die der gewünschten Verzögerungszeit entsprechenden Abmessungen. Sodann werden die Bogennuten 3 an unerwünschten Reflexionsbereichen gemäß Fig. 2 ausgebildet. Bei den Bogennuten handelt es sich um nutenförmige Ausnehmungen mit gekrümmtem Nutengrund. Die gekrümmten Flächen der Bogennuten und die vorbestimmten Bereiche für das Anbringen der Wandler 5 an den Seitenflächen 2 des Blocks werden sodann mit einem Metallfilm durch chemisehe Abscheidung oder Dampfabscheidung beschichtet. Sodann werden die Wandler 5 an den vorbestimmten Stellen befestigt und das niedrig schmelzende Metall oder die niedrig schmelzende Metali-Legierung 4 wird in die Nuten 3 eingefüllt, wie Fig. 3 zeigt. Sodann wird der Block zu Scheiben gewünschter Dicke (etwa 1 mn) gespalten, und zwar in einer Richtung, welche senkrecht zu der Seltenfläche 2 gemäß Fig. 3 verläuft. Danach wird eine Seitenfläche des gespaltenen zusammengesetzten Blocks unter Messung der Verzögerungszeit präzise geschliffen, bis die gewünschte Verzögerungszeit erhalten wird.

Im folgenden werden die dabei erhaltenen Verzögerungsleitungen mit herkömmlichen Verzögerungsleitungen verglichen. In Tabelle 1 ist jeweils das SN-Verhältnis angegeben.

Tabelle 1

Aufbau der Verzögerungsleitungen SN-Verhältnis (dB)

keine besondere Behandlung (Fig. 1) 23

Bogennuten gemäß Fig. 2 30

Epoxyharz in den Bogennuten gemäß Fig. 2 32

niedrig-schmelzende Legierung in den BogennuUn gemäß Fig. 3 37

SN-Verhältnis = -20 log ψ₀ (dB)

Eo: Ausgangssignal

Ex: unerwünschtes Signal

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Zur Herstellung der Verzögerungsleitungen wurden Materialien mit den folgenden Eigenschaften verwendet:

Tabelle 2

Material Dichte Geschwindigkeit mechanische Dämpfungskonstante

(g/cm¹) (10' cm/s) Impedanz bei 5 MHz (dB/mm)

(10* g/cm's)

Verzögerungsmediuni Epoxyharz niedrig-schmelzende Legierung

Die niedrig-schmelzende Metall-Legierung hat die folgende Zusammensetzung in Gew.-%:

Bi: 50.0; Sn: 17.8; Pb: 32.2

3,43	2,74	9.4	-
0.9	1.0	0,9	etwa 4
9,95	1,06	10,5	etwa 5

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

26 10 693 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Ultraschallverzögerungsleitungen mit mehrmaliger Reflexion, bei dem an einem Block gewünschter Gestalt aus einem Verzögerungsmedium ein Eingangswandler und ein Ausgangswandler angebracht werden, bei dem weiterhin der Block in einer zu den den Eingangswandler beziehungsweise den Ausgangswandler tragenden Flächen senkrechten Richtung in eine Vielzahl von dünnen Scheiben zerteilt wird und bei dem schließlich die Scheiben auf ihr Endmaß geschliffen werden, dadurch gekennzeichnet, daß an den nach dem Zerteilen die Ränder der Scheiben bildenden Fachen des Blocks vor dem Zerteilen desselben an nicht von Wandlern belegten Bereichen unerwünschter Reflexion

ίο Bogennuten ausgebildet werfen, daß sodann in diesen Ultraschall absorbierendes niedrig schmelzendes Metall eingebracht wird und daß danach der Block zerteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogennuten zunächst durch Dampfabscheidung oder chemische Abscheidung mit einem Metallfilm beschichtet werden und danach das niedrig schmelzende Metall eingebracht wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als niedrig schmelzendes Metalt eine Metallegierung mit Pb und/oder Sn und/oder Bi als Hauptkomponente verwendet wird.