JP2000299898A - 超音波振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組立ての労力と時間を省くことによる製造費用
の低廉化と、広帯域の送受波利得を有する超音波振動子
を提供する。 【解決手段】本発明の超音波振動子( T ) は、概略正多
角形をその周方向に沿って等分割した形状を有する複数
の素片( T1,T2,T3・・・・T8 )を組合せることによって
構成され、好適には、各素片( T1,T2,T3・・・・T8 )の
厚みが正多角形の中心方向に向けて増加せしめられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波流量計や超
音波測深機などに利用される超音波振動子に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】超音波流量計などの超音波を利用した各
種の計測機器に使用される超音波振動子は、セラミック
などの圧電材料を素材として製造される。従来、図３に
示すように、直径５ｍｍ程度の小径の円柱形状の素片ｔ
１，ｔ２，ｔ3 ・・・を、エポキシ樹脂やウレタン樹脂
の接着剤の層を介在させながら組合せることによって、
直径６０ｍｍから１００ｍｍ程度の大きさの円柱形状の
超音波振動子Ｔが形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構造では、
大きな直径の、例えば、直径１００ｍｍ程度の超音波振
動子を作成しようとした場合、その自重や外力などによ
って接着剤層が剥離し、振動子として破壊されてしまう
という問題がある。従って、本発明の一つの目的は、自
重や外力によって破壊されることのない堅牢な構造の超
音波振動子を提供することにある。

【０００４】また、上記従来の構造では、多数の小径の
素片を接着によって機械的に結合しているため、組立て
に労力と時間がかかり製造費用がかさむという問題があ
る。従って、本発明の他の目的は、組立ての労力と時間
とを省くことにより製造費用の低廉化を図った超音波振
動子を提供することにある。

【０００５】更に、従来の超音波振動子は、送受波の利
得の周波数帯域が狭く、この結果、受信された信号の歪
みが大きくなり、反射波や透過波の受信時点の検出に関
連して測定誤差が増加するという問題もある。従って、
本発明の他の目的は、広い周波数帯域の送受波利得を有
する超音波振動子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明の超音波振動子は、概略正多角形をその周
方向に沿って等分割した形状を有する複数の素片を組合
せることにより、堅牢化と製造費用の低廉化とが図られ
ている。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記各素片の厚みは、上記正多角形の径方向に増減
せしめられることにより、送受波利得の周波数特性の広
帯域化が図られている。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の超音波振動子の
構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図
である。この実施例の超音波振動子Ｔは、それぞれが正
八角形をその周方向に沿って８等分した形状を有する８
個の三角形の素片Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３・・・Ｔ８を組合わ
せ、互いに接着固定することによって構成されている。
三角形の各素片Ｔ１〜Ｔ８は、加圧機による成形や、焼
成などの慣用の処理を経て作成される慣用の圧電セラミ
ックスから成る。

【０００９】各素片Ｔ１〜Ｔ８は、それぞれが慣用のエ
ポキシ樹脂やウレタン樹脂等の適宜な接着剤の層を介在
させながら強固に結合されることにより、堅牢な構造の
超音波振動子Ｔを形成している。各素片Ｔ１〜Ｔ８の厚
みは、図１（Ｂ）の正面図に示すように、正八角形の中
心に近づくほど、緩やかに増大せしめられている。図示
は省略されているが、各素片の上面と底面には、駆動用
の電気信号を供給するための電極が形成される。

【００１０】この種の超音波振動子では、その厚みが増
大するほど共振周波数が低下する。従って、この実施例
の超音波振動子Ｔでは、その共振周波数が中心部分に近
づくほど低下する。このため、振動子Ｔの送受波利得の
周波数特性は、その周辺部分では中心周波数の高周波側
で大きな値を示し、その中心部では中心周波数の低周波
側で大きな値を示す。この結果、この振動子Ｔの送受波
利得は、中心周波数の上下の広い周波数帯域にわたって
大きな値を示すことになる。

【００１１】本発明者の実験結果によれば、送受波利得
の中心周波数が103.5kHzの場合、各素片の厚みを一様に
した場合の３dB周波数帯域は5.8 kHz であった。これに
対して、本実施例のように各素片の厚みを径方向に変化
させることによって３dB周波数帯域を26.25kHzと４倍程
度に増加した。

【００１２】各素片Ｔ１〜Ｔ８の厚みを正八角形の中心
に近づくほど増大せしめることにより、送受波利得の周
波数特性の広帯域化を図る場合を例示した。しかしなが
ら、原理的には、逆に、正八角形の中心に近づくほど厚
みを減少せしめることによって送受波利得の周波数特性
の広帯域化を図ることも可能である。しかしながら、各
素片Ｔ１〜Ｔ８の幅は中心に近づくほど減少するため、
互いに接着固定する前の単独の状態では破壊され易くな
ることを考慮すると、厚みを正八角形の中心に近づくほ
ど増大させる方が、上述のような素片の先鋭な先端部の
機械的な破壊を防止するうえでも有効である。

【００１３】図２は、本発明の他の実施例の超音波振動
子の構成を示す平面図である。この実施例の超音波振動
子Ｔは、正八角形の中心部分を構成する８個の素片Ｔ１
１，Ｔ２１，Ｔ３１・・・Ｔ８１と、正八角形の周辺部
分を構成する８個の素片Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２・・・
Ｔ８２とから成る。各８個の素片の厚みも、正八角形の
中心に近づくほど漸増せしめられることによって広帯域
化が図られる。

【００１４】以上、正多角形として正八角形の場合を例
にとって本発明を説明した。しかしながら、これよりも
辺の数が少ない正六角形などや、これよりも辺の数の多
い正十二角形などの適宜な辺数の正多角形を使用するこ
とができる。このように、多角形の形状を採用すること
により、中心の周りに回転対称性な指向性（送受波利
得）を有する超音波振動子を実現することができる。

【００１５】また、厳密な正多角形の形状を有する場合
を例示した。しかしながら、例えば各素片の先端部分が
鋭利になって破壊され易くなることを回避するなどの目
的で正多角形の中心部分に小さな空隙な形成するなど、
概略正多角形の形状を呈するように厳密な正多角形の形
状に対して多少の変形を施すこともできる。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波振動子は、正多角形をその径方向に沿って等分割し
たような概略の形状を有する複数の素片を組合せる構成
であるから、自重や外力などによって破壊されることの
ない堅牢な構造の超音波振動子を提供される。

【００１７】また、本発明によれば、従来構造に比べて
比較的少数の素片を組合せる構成であるから、組立ての
労力と時間とが省け、製造費用の低廉化が図られるとい
う利点がある。

【００１８】また、本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記各素片の厚みが正多角形の径方向に漸増などに
よって変化せしめら構成であるから、送受波特性の広帯
域化が実現される。

【００１９】特に、各素片の厚みを正多角形の中心に向
けて増大させる本発明の一実施例の構成によれば、周波
数特性の広帯域化に加えて、各素片の幅の狭い先端部分
の機械的な破壊を防止するうえでも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超音波振動子の構成を示す
平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。

【図２】本発明の他の実施例の超音波振動子の構成を示
す平面図である。

【図３】従来の超音波振動子の構成を示す平面図（Ａ）
と正面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

Ｔ 超音波振動子 T1〜T8 超音波振動子の素片 T11 〜T82 超音波振動子の素片

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】概略正多角形をその周方向に沿って等分割
   した形状を有する複数の素片を組合せたことを特徴とす
   る超音波振動子。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記各素片の厚みは、前記正多角形の径方向に変化せし
   められたことを特徴とする超音波振動子。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 前記各素片の厚みは、前記正多角形の中心に向けて増加
   せしめられたことを特徴とする超音波振動子。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のそれぞれにおいて、 前記各素片は、前記正多角形の径方向に沿っても複数に
   分割されたことを特徴とする超音波振動子。