JP2001258098A - 超音波トランスジューサ - Google Patents
超音波トランスジューサInfo
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- JP2001258098A JP2001258098A JP2000064946A JP2000064946A JP2001258098A JP 2001258098 A JP2001258098 A JP 2001258098A JP 2000064946 A JP2000064946 A JP 2000064946A JP 2000064946 A JP2000064946 A JP 2000064946A JP 2001258098 A JP2001258098 A JP 2001258098A
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- piezoelectric
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- ultrasonic transducer
- piezoelectric vibrator
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度−感度特性や温度−音圧変化特性の良い
超音波トランスジューサを提供する。 【解決手段】 本願発明にかかる超音波トランスジュー
サ１６は、圧電体１８と金属２０とを接着剤２２で貼り
合わせてなる圧電振動体２４と、圧電振動体２４に固着
される漏斗状の共振子２６とを含む超音波トランスジュ
ーサ１６であって、金属２０は圧電体１８よりも小さい
線膨張係数を有するものである。
超音波トランスジューサを提供する。 【解決手段】 本願発明にかかる超音波トランスジュー
サ１６は、圧電体１８と金属２０とを接着剤２２で貼り
合わせてなる圧電振動体２４と、圧電振動体２４に固着
される漏斗状の共振子２６とを含む超音波トランスジュ
ーサ１６であって、金属２０は圧電体１８よりも小さい
線膨張係数を有するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明はたとえば超音波セ
ンサなどの電子部品の要素として用いられる超音波トラ
ンスジューサに関する。
ンサなどの電子部品の要素として用いられる超音波トラ
ンスジューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、たとえば実開平３−５９７９８号
公報に開示されているように、圧電振動体の節点近傍に
円錐漏斗状の共振子を固着して形成された超音波トラン
スジューサがある。この圧電振動体は、圧電体板と金属
板とを接着剤で貼り合わせてなるものである。圧電体と
しては、たとえば圧電セラミックスが用いられ、金属と
してはたとえば４２アロイが用いられ、接着剤としては
たとえばエポキシ系接着剤が用いられる。
公報に開示されているように、圧電振動体の節点近傍に
円錐漏斗状の共振子を固着して形成された超音波トラン
スジューサがある。この圧電振動体は、圧電体板と金属
板とを接着剤で貼り合わせてなるものである。圧電体と
しては、たとえば圧電セラミックスが用いられ、金属と
してはたとえば４２アロイが用いられ、接着剤としては
たとえばエポキシ系接着剤が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、４２ア
ロイの線膨張係数は、一般的に圧電セラミックスの線膨
張係数よりも大きい。また、合成樹脂を主成分とする接
着剤の線膨張係数は、一般的に４２アロイなどの金属や
圧電セラミックスなどの圧電体よりもさらに大きい。そ
のため、これらの材料を貼り合わせてなる従来の圧電振
動体は、圧電セラミックスの一方面側が一方向に大きく
伸びようとするので、温度変化した際に厚み方向の一方
に反ろうとする応力が圧電セラミックスに加わりやす
く、その結果、温度変化の際の共振周波数変化が大きく
なりやすかった。圧電振動体の温度による共振周波数変
化が大きいと、該圧電振動体を用いた超音波トランスジ
ューサの温度−感度変化特性や温度−音圧変化特性が悪
化する不都合がある。
ロイの線膨張係数は、一般的に圧電セラミックスの線膨
張係数よりも大きい。また、合成樹脂を主成分とする接
着剤の線膨張係数は、一般的に４２アロイなどの金属や
圧電セラミックスなどの圧電体よりもさらに大きい。そ
のため、これらの材料を貼り合わせてなる従来の圧電振
動体は、圧電セラミックスの一方面側が一方向に大きく
伸びようとするので、温度変化した際に厚み方向の一方
に反ろうとする応力が圧電セラミックスに加わりやす
く、その結果、温度変化の際の共振周波数変化が大きく
なりやすかった。圧電振動体の温度による共振周波数変
化が大きいと、該圧電振動体を用いた超音波トランスジ
ューサの温度−感度変化特性や温度−音圧変化特性が悪
化する不都合がある。
【０００４】それゆえに、本願発明の主たる目的は、温
度−感度特性や温度−音圧変化特性の良い超音波トラン
スジューサを提供することである。
度−感度特性や温度−音圧変化特性の良い超音波トラン
スジューサを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明にかかる超音波
トランスジューサは、圧電体と金属とを接着剤で貼り合
わせてなる圧電振動体と、圧電振動体に固着される漏斗
状の共振子とを含む超音波トランスジューサであって、
金属は圧電体よりも小さい線膨張係数を有するものであ
る。また、この超音波トランスジューサは電子部品の要
素として用いることができる。本願発明にかかる超音波
トランスジューサでは、圧電体よりも線膨張係数の大き
い接着剤で、該圧電体と該圧電体よりも線膨張係数の小
さい金属とを一体に貼り合わしてなることにより、温度
変化による接着剤の伸びが金属によって抑制され、結果
として圧電体を反らそうとする応力が低減される。この
結果、超音波トランスジューサの温度による周波数変化
量が低減され、温度−感度特性や温度−音圧変化特性が
改善される。
トランスジューサは、圧電体と金属とを接着剤で貼り合
わせてなる圧電振動体と、圧電振動体に固着される漏斗
状の共振子とを含む超音波トランスジューサであって、
金属は圧電体よりも小さい線膨張係数を有するものであ
る。また、この超音波トランスジューサは電子部品の要
素として用いることができる。本願発明にかかる超音波
トランスジューサでは、圧電体よりも線膨張係数の大き
い接着剤で、該圧電体と該圧電体よりも線膨張係数の小
さい金属とを一体に貼り合わしてなることにより、温度
変化による接着剤の伸びが金属によって抑制され、結果
として圧電体を反らそうとする応力が低減される。この
結果、超音波トランスジューサの温度による周波数変化
量が低減され、温度−感度特性や温度−音圧変化特性が
改善される。
【０００６】本願発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】本願発明にかかる超音波トランス
ジューサは、障害物探知などのための超音波センサや医
療用エコー装置などの電子部品の要素として用いること
ができるが、以下に超音波センサに用いた実施例を説明
する。
ジューサは、障害物探知などのための超音波センサや医
療用エコー装置などの電子部品の要素として用いること
ができるが、以下に超音波センサに用いた実施例を説明
する。
【０００８】図１は本願発明にかかる超音波トランスジ
ューサを用いた超音波センサの一実施例を示す断面図解
図である。この超音波センサ１０はベース部材１２を含
む。ベース部材１２はたとえば合成樹脂などの絶縁材料
から形成される。ベース部材１２上には圧電振動体の振
動をできるだけ妨げないようにするための緩衝材１４を
介して超音波トランスジューサ１６が固定される。緩衝
材１４としては、たとえばシリコーン樹脂が用いられ
る。
ューサを用いた超音波センサの一実施例を示す断面図解
図である。この超音波センサ１０はベース部材１２を含
む。ベース部材１２はたとえば合成樹脂などの絶縁材料
から形成される。ベース部材１２上には圧電振動体の振
動をできるだけ妨げないようにするための緩衝材１４を
介して超音波トランスジューサ１６が固定される。緩衝
材１４としては、たとえばシリコーン樹脂が用いられ
る。
【０００９】超音波トランスジューサ１６は、圧電振動
体２４を含む。圧電振動体２４は、圧電体板１８と金属
板２０とを接着剤２２で貼り合わせてなるものである。
圧電体板１８は、たとえば圧電セラミックスで形成され
る。金属板２０は、圧電体板１８の線膨張係数よりも小
さい線膨張係数を有する金属で形成される。かかる金属
としては、たとえばインバーなどが選択される。接着剤
２２としては、一般的な合成樹脂系接着剤を用いること
ができ、たとえばエポキシ系接着剤を用いることができ
る。さらに、金属板２０には円錐漏斗状の共振子（ホー
ン）２６が圧電振動体２４の節点近傍に固着される。
体２４を含む。圧電振動体２４は、圧電体板１８と金属
板２０とを接着剤２２で貼り合わせてなるものである。
圧電体板１８は、たとえば圧電セラミックスで形成され
る。金属板２０は、圧電体板１８の線膨張係数よりも小
さい線膨張係数を有する金属で形成される。かかる金属
としては、たとえばインバーなどが選択される。接着剤
２２としては、一般的な合成樹脂系接着剤を用いること
ができ、たとえばエポキシ系接着剤を用いることができ
る。さらに、金属板２０には円錐漏斗状の共振子（ホー
ン）２６が圧電振動体２４の節点近傍に固着される。
【００１０】ベース部材１２には入出力端子２８ａ，２
８ｂが取り付けられる。一方の入出力端子２８ａはリー
ド線を介して金属板２０に電気的に接続され、他方の入
出力端子２８ｂはリード線を介して圧電体板１８に接続
される。さらに、ベース部材１２上には超音波トランス
ジューサ１６を保護するためのカバー部材３０が取り付
けられる。
８ｂが取り付けられる。一方の入出力端子２８ａはリー
ド線を介して金属板２０に電気的に接続され、他方の入
出力端子２８ｂはリード線を介して圧電体板１８に接続
される。さらに、ベース部材１２上には超音波トランス
ジューサ１６を保護するためのカバー部材３０が取り付
けられる。
【００１１】図２は、圧電振動体の温度と共振周波数変
化量との関係を示すグラフである。図２において、本願
実施例とは、線膨張係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミ
ックスを５．６×５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に
加工し、該セラミックス板を線膨張係数６０ｐｐｍ／℃
のエポキシ系接着剤で線膨張係数１．２ｐｐｍ／℃、直
径８．４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状のインバーに貼
り付けてなる圧電振動体２４である。また、セラミック
ス単体とは、線膨張係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミ
ックスを５．６×５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に
加工してなるものである。さらに、従来例とは、線膨張
係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミックスを５．６×
５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に加工し、該セラミ
ックス板を線膨張係数６０ｐｐｍ／℃のエポキシ系接着
剤で線膨張係数４．０〜４．７ｐｐｍ／℃、直径８．４
ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状の４２アロイに貼り付け
てなる圧電振動体である。
化量との関係を示すグラフである。図２において、本願
実施例とは、線膨張係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミ
ックスを５．６×５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に
加工し、該セラミックス板を線膨張係数６０ｐｐｍ／℃
のエポキシ系接着剤で線膨張係数１．２ｐｐｍ／℃、直
径８．４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状のインバーに貼
り付けてなる圧電振動体２４である。また、セラミック
ス単体とは、線膨張係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミ
ックスを５．６×５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に
加工してなるものである。さらに、従来例とは、線膨張
係数２．０ｐｐｍ／℃の当社セラミックスを５．６×
５．６×０．２ｍｍの大きさの板状に加工し、該セラミ
ックス板を線膨張係数６０ｐｐｍ／℃のエポキシ系接着
剤で線膨張係数４．０〜４．７ｐｐｍ／℃、直径８．４
ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状の４２アロイに貼り付け
てなる圧電振動体である。
【００１２】図２から明らかなように、１１０℃におい
てセラミックス単体の共振周波数の変化量は−１％であ
るが、金属板として４２アロイを用いた従来例の圧電振
動体の共振周波数の変化量は−２％という大きな値を示
す。これは、圧電セラミックス板の線膨張係数（２．０
ｐｐｍ／℃）よりも４２アロイの線膨張係数（４．０〜
４．７ｐｐｍ／℃）の方が大きいことに加えて、エポキ
シ系接着剤が４２アロイよりもさらに１ケタ大きい線膨
張係数（６０ｐｐｍ／℃）を有することの影響であると
考えられる。それに対して本願実施例の圧電振動体２４
の１１０℃における共振周波数変化量は、−１．５％で
あり、従来例の圧電振動体よりも共振周波数変化量が低
減される。これは本願実施例の圧電振動体２４では、温
度変化時のエポキシ系接着剤の伸びが圧電セラミックス
よりも線膨張係数の小さいインバーによって抑制され、
結果として圧電セラミックスを反らそうとする応力が低
減されるからであると考えられる。
てセラミックス単体の共振周波数の変化量は−１％であ
るが、金属板として４２アロイを用いた従来例の圧電振
動体の共振周波数の変化量は−２％という大きな値を示
す。これは、圧電セラミックス板の線膨張係数（２．０
ｐｐｍ／℃）よりも４２アロイの線膨張係数（４．０〜
４．７ｐｐｍ／℃）の方が大きいことに加えて、エポキ
シ系接着剤が４２アロイよりもさらに１ケタ大きい線膨
張係数（６０ｐｐｍ／℃）を有することの影響であると
考えられる。それに対して本願実施例の圧電振動体２４
の１１０℃における共振周波数変化量は、−１．５％で
あり、従来例の圧電振動体よりも共振周波数変化量が低
減される。これは本願実施例の圧電振動体２４では、温
度変化時のエポキシ系接着剤の伸びが圧電セラミックス
よりも線膨張係数の小さいインバーによって抑制され、
結果として圧電セラミックスを反らそうとする応力が低
減されるからであると考えられる。
【００１３】図３は超音波センサの温度と感度変化との
関係を示すグラフである。図３において、本願実施例と
は、図２のデータを測定するために用いた上述の本願実
施例の圧電振動体２４を用いた超音波トランスジューサ
１６を備えた超音波センサ１０である。一方、従来例と
は、図２のデータを測定するために用いた上述の従来例
の圧電振動体を用いた超音波センサである。図３から明
らかなように、本願実施例の超音波センサ１０は従来例
の超音波センサに比べて、たとえば１１０℃で感度変化
が２ｄＢ改善される。
関係を示すグラフである。図３において、本願実施例と
は、図２のデータを測定するために用いた上述の本願実
施例の圧電振動体２４を用いた超音波トランスジューサ
１６を備えた超音波センサ１０である。一方、従来例と
は、図２のデータを測定するために用いた上述の従来例
の圧電振動体を用いた超音波センサである。図３から明
らかなように、本願実施例の超音波センサ１０は従来例
の超音波センサに比べて、たとえば１１０℃で感度変化
が２ｄＢ改善される。
【００１４】図４は超音波センサの温度と音圧変化との
関係を示すグラフである。図４において、本願実施例お
よび比較例とはそれぞれ図３のデータを測定するために
用いたものと同じである。図４から明らかなように、本
願実施例の超音波センサ１０は従来例の超音波センサに
比べて、たとえば１１０℃で音圧変化が２ｄＢ改善され
る。
関係を示すグラフである。図４において、本願実施例お
よび比較例とはそれぞれ図３のデータを測定するために
用いたものと同じである。図４から明らかなように、本
願実施例の超音波センサ１０は従来例の超音波センサに
比べて、たとえば１１０℃で音圧変化が２ｄＢ改善され
る。
【００１５】
【発明の効果】本願発明によれば、温度変化による圧電
振動体の共振周波数変化が低減されるので、温度−感度
特性や温度−音圧変化特性の良い超音波トランスジュー
サおよびそれを備えた超音波センサなどの電子部品を得
ることができる。
振動体の共振周波数変化が低減されるので、温度−感度
特性や温度−音圧変化特性の良い超音波トランスジュー
サおよびそれを備えた超音波センサなどの電子部品を得
ることができる。
【図１】本願発明にかかる超音波トランスジューサを用
いた超音波センサの一例を示す断面図解図である。
いた超音波センサの一例を示す断面図解図である。
【図２】圧電振動体の温度と共振周波数変化量との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】超音波センサの温度と感度変化との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】超音波センサの温度と音圧変化との関係を示す
グラフである。
グラフである。
１０ 超音波センサ １２ ベース部材 １４ 緩衝材 １６ 超音波トランスジューサ １８ 圧電体板 ２０ 金属板 ２２ 接着剤 ２４ 圧電振動体 ２６ 共振子 ２８ａ，２８ｂ 入出力端子 ３０ カバー部材
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電体と金属とを接着剤で貼り合わせて
なる圧電振動体、および前記圧電振動体に固着される漏
斗状の共振子を含む超音波トランスジューサであって、 前記金属は前記圧電体よりも小さい線膨張係数を有す
る、超音波トランスジューサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超音波トランスジュー
サを備えた、電子部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000064946A JP4415445B2 (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 超音波トランスジューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000064946A JP4415445B2 (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 超音波トランスジューサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001258098A true JP2001258098A (ja) | 2001-09-21 |
| JP4415445B2 JP4415445B2 (ja) | 2010-02-17 |
Family
ID=18584560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000064946A Expired - Lifetime JP4415445B2 (ja) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | 超音波トランスジューサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4415445B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013078017A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Taiheiyo Cement Corp | パラメトリックスピーカ用超音波発音体 |
| US9662680B2 (en) | 2011-08-03 | 2017-05-30 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ultrasonic transducer |
| WO2023022066A1 (ja) | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波トランスデューサ |
-
2000
- 2000-03-09 JP JP2000064946A patent/JP4415445B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9662680B2 (en) | 2011-08-03 | 2017-05-30 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ultrasonic transducer |
| JP2013078017A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Taiheiyo Cement Corp | パラメトリックスピーカ用超音波発音体 |
| WO2023022066A1 (ja) | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波トランスデューサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4415445B2 (ja) | 2010-02-17 |
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Legal Events
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