JP2001526479A - Ultrasonic transducer with cup-shaped support - Google Patents
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- G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
- G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
- G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means
Abstract
(57)【要約】 本発明は、超音波変換器に関するものであり、特に、パルス−エコーを利用する発振器と受信機として使用する超音波変換器であって、特に、自動車の分野において、車内部の内部にある物体検出、例えば、事故の間にエアバッグのトリガのトリガをかける制御に関する。 【解決手段】 本発明の超音波変換器は、裏面の上に配置された圧電ディスクを有する膜を備えている。圧電ディスクの直径は、膜直径の６０％〜８５％の範囲である。連続気泡で、柔らかい材料からなる物質は、前記膜の裏面表面部の中央上に泡立てられて形成される。この物質の泡立てにより、特に感度と機械的Ｑに関して、有利な変換器特性が生み出される。この物質が泡立てられて膜の表面上に形成された場合は、上述の圧電セラミックスディスクの直径と膜の直径の関係は、大きな音の放出の開口角を生む。 (57) Abstract: The present invention relates to an ultrasonic transducer, and more particularly, to an ultrasonic transducer used as an oscillator and a receiver using pulse-echo, and more particularly to an ultrasonic transducer used in the field of automobiles. It relates to the detection of an object inside the interior, for example the control of triggering an airbag trigger during an accident. SOLUTION: The ultrasonic transducer according to the present invention includes a film having a piezoelectric disk disposed on a back surface. The diameter of the piezoelectric disc ranges from 60% to 85% of the membrane diameter. The open-celled substance made of a soft material is formed by bubbling on the center of the back surface of the film. Whisking of this material produces advantageous transducer properties, especially with regard to sensitivity and mechanical Q. If this material is foamed and formed on the surface of the film, the relationship between the diameter of the piezoelectric ceramic disc and the diameter of the film described above will produce a large sound emission aperture angle.
Description
【０００１】 本発明は、空気を音波の伝達手段とする、パルス・エコーアプリケーションの
を利用した送信機と受信機として使用するための超音波変換器に関するものであ
る。The present invention relates to an ultrasonic transducer for use as a transmitter and a receiver using a pulse echo application using air as a sound wave transmitting means.
【０００２】 この超音波変換器をセンサとして応用する特別な分野は、自動車用部門である
。この分野において、車内部にある物体を検出するための変換器が必要である、
例えば、事故時に、エアバッグのトリガをかける制御に必要である。多数の超音
波変換器が、この市場へ応用するために出回っている。A special field of application of this ultrasonic transducer as a sensor is in the automotive sector. In this field, there is a need for a transducer to detect objects inside the car,
For example, it is necessary for control to trigger an airbag in an accident. Numerous ultrasonic transducers are available for application in this market.
【０００３】 膜の曲げ振動は、変換器の特に有効な振動モードであることが証明されている
。丸い圧電ディスクが、振動を発生するために膜の裏面の中央部に接着されてい
る。この圧電セラミックスは、電界をかけると半径方向の振動がに励起される。
その膜と結合している堅い接着剤は、全システムの曲げ振動を生み出す。その上
、その振動を減衰するための発泡材料が膜の裏面に備えられている。[0003] Bending vibration of a membrane has proven to be a particularly effective vibration mode of the transducer. A round piezoelectric disc is glued to the center of the back of the membrane to generate vibration. When an electric field is applied to the piezoelectric ceramic, radial vibration is excited.
The hard adhesive associated with the membrane creates bending vibrations of the entire system. In addition, a foam material for damping the vibration is provided on the back surface of the membrane.
【０００４】 超音波変換器のパラメータは、全システムの弾性的特性および他の機械的特性
によって決定される。用いられる材料の弾性特性および用いられる構成部分の幾
何学的寸法は、共振振動数、サウンドローブ音の環形部の開口角、振動の機械的
Ｑ、センサ感度に影響を与える。それ故、互いに影響する多数の影響因子が変換
器の物理的特性を決定する。[0004] The parameters of the ultrasonic transducer are determined by the elastic and other mechanical properties of the entire system. The elastic properties of the materials used and the geometric dimensions of the components used influence the resonance frequency, the opening angle of the ring of the sound lobe, the mechanical Q of the vibration and the sensor sensitivity. Therefore, a number of influencing factors that influence each other determine the physical properties of the transducer.
【０００５】 上記応用例の事故時にエアバッグのトリガをかける制御では、既知の変換器の
いずれによっても満足されることができなかった変換器特性が要求される。[0005] The control of triggering an airbag in the event of an accident in the above application requires transducer characteristics that could not be satisfied by any of the known transducers.
【０００６】 市販されている変換器の全ては、次に示す１つ以上の欠点を有している、例え
ば、感度が低すぎる、音の放射開き角が狭すぎる、閉じられた容器を形成できな
い、外部の機械的影響に対する抵抗力が不十分である、機械的Ｑが高すぎるなど
である。更に、市販の変換器は、操作が複雑すぎて、製造するのが困難である。[0006] All commercially available transducers have one or more of the following disadvantages, for example, too low sensitivity, too narrow sound radiation opening angle, unable to form a closed container And the mechanical Q is too high. Further, commercial transducers are too complicated to operate and difficult to manufacture.
【０００７】 本発明の目的は、感度が良く、機械的Ｑをできるだけ小さく抑え、大きな開口
角を有する超音波変換器とその製造方法を提供することである。さらに、その目
的は、強く丈夫な容器の中に変換器を入れて使用でき、かつ、変換器を大量に製
造することを可能にする超音波変換器とその製造方法を提供することである。[0007] An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer having high sensitivity, keeping mechanical Q as small as possible, and having a large aperture angle, and a method of manufacturing the same. Further, it is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer and a method for producing the same, which can be used by putting the transducer in a strong and durable container, and which enables mass production of the transducer.
【０００８】 この目的は、請求項１および請求項１５によって特徴づけられる本超音波変換
器とその製造方法によって解決される。本超音波変換器とその製造方法に関する
好適な実施の形態例は、従属項に記載されている。[0008] This object is solved by the present ultrasonic transducer and the manufacturing method thereof, which are characterized by claims 1 and 15. Preferred embodiments of the present ultrasonic transducer and its manufacturing method are described in the dependent claims.
【０００９】 本発明の鍵となる要素は、膜が保持手段中に配置され、圧電ディスクが膜の裏
面の中央部表面に配置された超音波変換器が提案されたことである。A key element of the invention is that an ultrasonic transducer has been proposed in which the membrane is arranged in the holding means and the piezoelectric disc is arranged on the central surface of the back of the membrane.
【００１０】 この圧電特性を示すディスクの直径は、膜の直径の６０〜８５％である。第１
の物質は、膜の裏面中央部の表面上に泡立てて形成される。この物質の上に泡立
てて形成されることによって、感度と機械的Ｑに関して、特別に有利な変換特性
を得られる。The diameter of the disk exhibiting this piezoelectric characteristic is 60 to 85% of the diameter of the film. First
Is foamed on the surface at the center of the back surface of the film. By foaming on this material, particularly advantageous conversion properties are obtained with regard to sensitivity and mechanical Q.
【００１１】 物質の上に泡立てられて形成されたものと、膜直径に対する圧電セラミックス
直径の上述の関係とによって、大きな音放出の開口角を生み出す。The bubbling formed on the material and the above-described relationship of piezoelectric ceramic diameter to film diameter creates a large sound emission aperture angle.
【００１２】 超音波変換器の保持手段は、同時にその容器を形成し、１つの材料、例えば、
アルミニウム、または、アルミニウム合金（例えば、ＡｌＣｕＭｇＰｂ）製の１
部分品中に膜を有して、安価に製造されることが可能である。[0012] The holding means of the ultrasonic transducer simultaneously form its container and form one material, for example
1 made of aluminum or aluminum alloy (for example, AlCuMgPb)
It can be manufactured at low cost with a membrane in the part.
【００１３】 膜とともにポット形状の構造を形成する保持手段は、外部からの機械的影響に
十分抵抗できる丈夫な変換器を供給することを可能にする。この変換器は、簡単
なプロセス、例えば、押し出し法で製造できるので、多量に安価に製造する要求
を実現する。[0013] The holding means, which forms a pot-shaped structure with the membrane, makes it possible to provide a robust transducer that can sufficiently resist external mechanical influences. Since this converter can be manufactured by a simple process, for example, an extrusion method, it realizes a demand for manufacturing a large amount at low cost.
【００１４】 変換器の諸特性に対して本質的に影響を与えるのは、特に、圧電セラミックス
の厚さと直径、膜の厚さと直径、アルミニウム容器の全高さである。例えば、超
音波変換器の中心周波数ｆは、膜の直径の２乗ＤＭ ２に対する膜厚ｄｍの比に比
例する。一方、圧電セラミックスの厚さｄＫは、中心周波数ｆに比例する。It is the thickness and diameter of the piezoceramics, the thickness and diameter of the membrane, and the overall height of the aluminum container, among others, that essentially influence the properties of the transducer. For example, the center frequency f of the ultrasonic transducer is proportional to the ratio of the thickness d m for squaring D M 2 of the diameter of the membrane. On the other hand, the thickness d K of the piezoelectric ceramic is proportional to the center frequency f.
【００１５】 その関係は、それぞれの設計に依存する。さらに、感度とそれに関連づけられ
る振動の機械的Ｑは、圧電セラミックス（第１物質）の裏面上の材料によって影
響される。[0015] The relationship depends on the respective design. Furthermore, the sensitivity and the mechanical Q of the vibration associated therewith are affected by the material on the back side of the piezoelectric ceramic (first material).
【００１６】 自動車の室内中の物体検出へ応用する特別な超音波変換器は、例えば、事故時
にエアバッグのトリガをかける制御に７０ｋＨｚの中心周波数で作動する。A special ultrasonic transducer applied to the detection of objects in the interior of a car operates, for example, at a center frequency of 70 kHz for controlling the triggering of an airbag in the event of an accident.
【００１７】 この周波数において、６ｄＢ音の環形部サウンドローブの開口角は、できるだ
け大きくなければならない。このような系は、異なる表面構造と異なる材料から
なる全ての重要な物体が変換器の方向に検出可能なエコー信号を反射することを
要求する。それゆえ、変換器の感度は、できるだけ良くなければならない。At this frequency, the opening angle of the toroidal sound lobe of the 6 dB sound must be as large as possible. Such a system requires that all important objects, consisting of different surface structures and different materials, reflect a detectable echo signal in the direction of the transducer. Therefore, the sensitivity of the converter must be as good as possible.
【００１８】 本発明の膜直径８．８５±０．０２ｍｍ、膜厚０．８３±０．０２１ｍｍの膜
、圧電セラミックス直径０．２６±０．０１ｍｍを有する変換器の構成要素は、
本応用に関して特別に有利であることが証明されている。The components of the transducer of the present invention having a film diameter of 8.85 ± 0.02 mm, a film thickness of 0.83 ± 0.021 mm, and a piezoelectric ceramic having a diameter of 0.26 ± 0.01 mm include:
It has proven to be particularly advantageous for this application.
【００１９】 さらに、少なくとも２．８５ｍｍ厚さと例えば、６．８３ｍｍ高さを有する円
筒状の保持手段は、上記の変換器として利用される。保持手段の高さは、上記よ
り多少大きくても小さくても同様に使用可能である。Further, a cylindrical holding means having a thickness of at least 2.85 mm and a height of, for example, 6.83 mm is used as the above-mentioned converter. If the height of the holding means is slightly larger or smaller than the above, it can be used similarly.
【００２０】 この開発されたセンサは、既存の自動車システムにおける専用の検出システム
と、トリガをかける電子機器に対して、いかなる追加の変更をせずに、うまく調
和する。[0020] The developed sensor is in harmony with the dedicated detection system in existing automotive systems and the triggering electronics without any additional changes.
【００２１】 膜の裏面上に泡立てて形成された第１物質は、連続気泡を有する柔らかい材料
、例えばポリウレタン発泡体、シリコン発泡体、で作製されるのが好ましい。 特に、有利な変換特性は、９ｋＰａ未満のひずみ硬度（ＤＩＮ53577）、1．０未
満の音響損失係数（ＤＩＮ53426）を有するポリウレタン発泡体によって得られ る。The first substance foamed on the back side of the membrane is preferably made of a soft material having open cells, for example, polyurethane foam, silicon foam. In particular, advantageous conversion properties are obtained with polyurethane foams having a strain hardness of less than 9 kPa (DIN 53577) and a sound loss coefficient of less than 1.0 (DIN 53426).
【００２２】 特に好適な実施の形態例においては、比誘電率が２５００を超え、半径方向の
電気機械結合係数が０．５を超え、機械的Ｑが３００未満を有する圧電セラミッ
クスが、この圧電ディスクとして使用される。In a particularly preferred embodiment, a piezoelectric ceramic having a relative dielectric constant of greater than 2500, a radial electromechanical coupling coefficient of greater than 0.5 and a mechanical Q of less than 300 is provided by this piezoelectric disc. Used as
【００２３】 本発明の超音波変換器を製造方法において、最初に、ポット形状のアルミニウ
ムまたはアルミ合金製の保持手段とその保持手段の底部に膜の形成が、押し出し
方法の手段を用いて作製される。In the method for manufacturing an ultrasonic transducer of the present invention, first, a pot-shaped holding means made of aluminum or an aluminum alloy and a film formed on the bottom of the holding means are manufactured by means of an extrusion method. You.
【００２４】 圧電ディスクは、膜と機械的および電気的接触を生じるために、膜の裏面上に
接着される。細い線の一端は、圧電ディスク上にはんだ付けされる。The piezoelectric disc is glued on the back side of the membrane to make mechanical and electrical contact with the membrane. One end of the fine wire is soldered onto the piezoelectric disk.
【００２５】 最後に、第１物質が、膜と圧電ディスクが完全にその物質によって被覆される
ようにして、ポット形状の保持手段中の膜の裏面上に泡立てられて形成される。 本発明の超音波変換器は、他の空気−超音波利用、例えば、距離の計測あるい
は位置検出システムなどのような本質的な変換器特性を有する類似の要求に対し
ても適用可能である。Finally, a first substance is foamed on the back side of the membrane in the pot-shaped holding means, such that the membrane and the piezoelectric disc are completely covered by the substance. The ultrasonic transducer of the present invention is applicable to other air-ultrasonic applications, such as distance measurement or similar requirements with essential transducer characteristics such as position sensing systems.
【００２６】 広い音の環形部サウンドローブによって、このセンサは、特に区域の監視に適
している。The wide sound annulus sound lobe makes this sensor particularly suitable for area monitoring.
【００２７】 本発明は、好適な実施の形態例および付随する図面を用いて、下記に述べるこ
とでさらに明白になる。The present invention will become more apparent from the following description with reference to the preferred embodiments and the accompanying drawings.
【００２８】 好適な実施の形態例は、図１と図２に関して、以下に説明される。 図１は、好適な実施の形態例である変換器の切断面である。本変換器は、円筒状
のアルミニウム容器（１）からなる。前記容器の底部は、アルミニウム製の膜（
２）で形成されている。前記変換器のアルミニウム製容器は、転回した部品とし
て作製される。A preferred embodiment is described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view of a transducer according to a preferred embodiment. The converter comprises a cylindrical aluminum container (1). The bottom of the container has an aluminum membrane (
2). The aluminum container of the converter is made as a turned part.
【００２９】 圧電ディスク（３）は、例えば、ＰＺＴ−５Ｈセラミックスで作製され、同心
円状にアルミニウム製のポット中に（膜（２）の裏面の上に）薄い液体状の接着
剤を使用して加圧しながら接着される。The piezoelectric disk (3) is made of, for example, PZT-5H ceramics and is concentrically placed in a pot made of aluminum by using a thin liquid adhesive (on the back surface of the film (2)). Bonded while applying pressure.
【００３０】 圧電セラミックスの一方の電極は、膜表面に接着され、アルミニウム容器１に
膜を介して電気的に接触している。固まりによる接触は、アルミニウム容器の中
に打ち込まれた銅製のピン（６）によって、確保される。多量に製造する場合に
は、固まりによる接触をさせるために別の作製方法が選択される。One electrode of the piezoelectric ceramics is adhered to the film surface and is in electrical contact with the aluminum container 1 via the film. Mass contact is ensured by copper pins (6) driven into the aluminum container. In the case of mass production, another manufacturing method is selected in order to make contact by a mass.
【００３１】 銅製のピンは、トリガをかける電子機器と変換器を接続しているケーブル線（
１０）を有する細線（８）とに接続されている。圧電セラミックス（３）の他方
の電極は、圧電セラミックスの端部で、はんだ付け点７を介して、別の細線（９
）と接続している。The copper pins are used to connect the triggering electronics and the transducer cable (
10). The other electrode of the piezoelectric ceramic (3) is connected to another thin wire (9) at the end of the piezoelectric ceramic through the soldering point 7.
).
【００３２】 圧電セラミックスの端部ではんだ付け点（７）を配置することは、その系の振
動特性の影響を最小にする。圧電セラミックスの電極とケーブル線（１０）の間
の細線（９）は、系の振動の特性に関する他の影響するファクターを避けるため
に非常に軽く無ければならない。Placing the soldering point (7) at the end of the piezoelectric ceramic minimizes the effect of the vibration characteristics of the system. The fine wire (9) between the piezoelectric ceramic electrode and the cable wire (10) must be very light to avoid other influencing factors on the vibration characteristics of the system.
【００３３】 図２は、アルミニウム容器（１）、アルミニウム製の膜（２）、その上に接着
されたセラミックス製ディスク（３）、はんだ付け点（７）、固まりの接触点（
６）を有するセンサーの裏面を示した図である。FIG. 2 shows an aluminum container (1), a film made of aluminum (2), a ceramic disk (3) adhered thereon, a soldering point (7), a contact point of the mass (
It is the figure which showed the back surface of the sensor which has 6).
【００３４】 選択された膜の直径は、好ましい開口角をもたらし、（＞４５°で音圧で側音
の３ｄＢ低下を伴う、＞５５°で音圧で側音の６ｄＢ低下を伴う）さらに、曲げ
振動を有効に発生させるために全体の振動系に調和させられる。The selected membrane diameter results in a preferred aperture angle (> 3 ° with a 3 dB reduction in side pressure at sound pressure at> 45 °, with a 6 dB reduction in side pressure at sound pressure at> 55 °). It is coordinated with the whole vibration system to generate bending vibration effectively.
【００３５】 好例となる系では、容器の全高さは、圧電セラミックス製ディスク厚さと直径
を含めて、系の振動特性に関して最適化される。そのセラミックスの厚さは、直
径よりも振動挙動に関する影響は小さい。In an exemplary system, the overall height of the container is optimized with respect to the vibration characteristics of the system, including the piezoelectric ceramic disk thickness and diameter. The thickness of the ceramic has less influence on the vibration behavior than the diameter.
【００３６】 この例では、超音波変換器（センサ）の構成材は、以下の寸法を有する。 容器の壁の厚さ ｄＧ： ２．８５ｍｍ 容器の壁の高さ ｈＧ： ６．８３ｍｍ 容器の直径 ＤＧ：１４．５５ｍｍ 膜の直径 ＤＭ： ８．８５ｍｍ 膜の厚さ ｄＭ： ０．８３ｍｍ 圧電セラミックス製ディスクの直径 ＤＫ： ６．７５ｍｍ 圧電セラミックス製ディスクの厚さ ｄＫ： ０．２６ｍｍ 含まれる全ての構造材の幾何学的寸法は、上記応用に最適化された系の全ての
特徴を得るために固守されなければならない。In this example, the components of the ultrasonic transducer (sensor) have the following dimensions. The thickness of the container wall d G: height of 2.85mm container wall h G: 6.83mm vessel diameter D G: diameter of 14.55mm film D M: the thickness of 8.85mm film d M: 0 .83 mm Piezoceramic disc diameter D K : 6.75 mm Piezoceramic disc thickness d K : 0.26 mm The geometric dimensions of all structural materials included are for all systems optimized for the above applications. Must be adhered to to obtain the characteristics of.
【００３７】 センサの本質的なパラメータは、機械的Ｑである。裏面上に泡立てて形成され
た第１の物質（４）は、膜振動の減衰を決定する。ポットの壁厚さも同様の役割
を演じる。An essential parameter of the sensor is the mechanical Q. The first substance (4) foamed on the back surface determines the damping of the membrane vibration. The wall thickness of the pot plays a similar role.
【００３８】 第１物質（４）の弾性特性は、共振特性に多少の影響を与え、さらに、異なる
減衰性を有する材料を用いることによって、変換器の機械的Ｑをはっきりと定め
ることを可能にさせる。The elastic properties of the first substance (4) have some influence on the resonance properties and, furthermore, by using materials with different damping properties, it is possible to clearly define the mechanical Q of the transducer. Let it.
【００３９】 さらに、裏面の第１物質（４）上に加えられた第２物質（５）は、放射状に膜
に広がる方向と反対方向に音波が伝達されるのを抑制する目的を有しており、全
系の共振挙動に対して、その影響が調和するように調節されている。Further, the second substance (5) added on the first substance (4) on the back surface has the purpose of suppressing transmission of sound waves in the direction opposite to the direction in which the film spreads radially. Therefore, the influence is adjusted so as to harmonize with the resonance behavior of the entire system.
【００４０】 第２物質（５）の材料は、ポリウレタンであり、電極を接触させる非常に軽い
線と重い接続用ケーブル線との変わり目を固定する目的をも実現している。The material of the second substance (5) is polyurethane, which also achieves the purpose of fixing a transition between a very light wire for contacting the electrodes and a heavy connection cable wire.
【００４１】 図１は、膜を被覆している第１物質（４）と第２物質（５）とがそれぞれアル
ミニウム容器を占有している程度を示している。 本実施の形態例において、第２物質（５）の上端から容器（１）の壁の上端まで
の距離は、１．１７ｍｍである。 最後に、図３と図４は、完全な超音波変換器の別面の背面図と正面図である。FIG. 1 shows the extent to which the first material (4) and the second material (5) covering the membrane each occupy the aluminum container. In the present embodiment, the distance from the upper end of the second substance (5) to the upper end of the wall of the container (1) is 1.17 mm. Finally, FIGS. 3 and 4 are rear and front views, respectively, of another side of the complete ultrasonic transducer.
【図１】 本発明に係わる一実施の形態例の変換器の切断面である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a converter according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１の変換器の裏面図であり、第１物質（４）と第２物質（５）を除いてある
。FIG. 2 is a rear view of the converter of FIG. 1, without a first substance (4) and a second substance (5).
【図３】 図１の変換器の完全な裏面図である。FIG. 3 is a complete back view of the converter of FIG.
【図４】 図１の変換器の正面図である。FIG. 4 is a front view of the converter of FIG. 1;
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty
【提出日】平成１１年１１月５日（１９９９．１１．５）[Submission date] November 5, 1999 (1999.1.15)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００３[Correction target item name] 0003
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００３】 膜の曲げ振動は、変換器の特に有効な振動モードであることが証明されている
。丸い圧電ディスクが、振動を発生するために膜の裏面の中央部に接着されてい
る。この圧電セラミックスは、電界をかけると半径方向の振動が励起される。そ
の膜と結合している堅い接着剤は、全システムの曲げ振動を生み出す。その上、
その振動を減衰するための発泡材料が膜の裏面に備えられている。ＤＥ−Ａ−３ ４ ４１ ６８４では、圧電セラミックス膜の直径が膜の直径のほぼ１００％で あり、圧電セラミックスディスクの反対面には発泡材料が設置されている、ただ し、そのディスクは完全にその発泡材料によって覆われていないことをその包括 的な請求項１によって特徴づけられる超音波変換器を開示している。 [0003] Bending vibration of a membrane has proven to be a particularly effective vibration mode of the transducer. A round piezoelectric disc is glued to the center of the back of the membrane to generate vibration. When an electric field is applied to this piezoelectric ceramic, radial vibrations are excited. The hard adhesive associated with the membrane creates bending vibrations of the entire system. Moreover,
A foam material for damping the vibration is provided on the back surface of the membrane. In DE-A-3 4 41 684 , is approximately 100% of the diameter of the diameter of the piezoelectric ceramic membrane layer, the opposite surface of the piezoelectric ceramic disc foam material is placed, only then, the disk is completely It discloses an ultrasonic transducer characterized in that not covered by the foam material by its comprehensive claim 1.
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１０[Correction target item name] 0010
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１０】 この圧電特性を示すディスクの直径は、膜の表面が圧電セラミックスディスク によって覆われずに残っているようにするために、 膜直径の６０〜８５％である
。第１の物質は、圧電セラミックスディスクと膜の残っている表面とが第１の物 質によって完全に覆われるようにして、 膜の裏面の主要表面に形成される。この
物質の上に泡立てて形成されることによって、感度と機械的Ｑに関して、特別に
有利な変換特性を得られる。[0010] The diameter of the disk exhibiting this piezoelectric characteristic is 60 to 85% of the diameter of the film so that the surface of the film remains without being covered by the piezoelectric ceramic disk . The first material, as the surface that remain of the piezoelectric ceramic disk and the membrane is completely covered by the first object substance, is formed on the major surface of the back surface of the film. By foaming on this material, particularly advantageous conversion properties are obtained with regard to sensitivity and mechanical Q.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｌｅｏｎｒｏｄｓｔｒａｓｓｅ 54， Ｄ −80636 Ｍｕｎｃｈｅｎ Ｄｅｕｃｈｌ ａｎｄ (72)発明者 ポタポフ， ブラジミール ドイツ国 ザンクト イングベルト デー −66386， ロベルト−コッホ−シュトラ ーセ 23 (72)発明者 シェーン， ウベ ドイツ国 ノインキルヒェン デー− 66540， ヴィーデルスキルヒャー シュ トラーセ 14 (72)発明者 ハーン， トーマス ドイツ国 ザンクト イングベルト デー −66386， ローター シュトラーセ ８ Ｆターム(参考） 5D019 AA21 BB02 EE02 FF01 GG05 GG09 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (71) Applicant Leonrodstrasse 54, D-80636 Munchen Deuchl and (72) Inventor Potapov, Brasir, Germany St. Ingbert-D-66386, Robert-Koch-Strasse 23 (72) Invention Schoen, Ube Neinkirchen-Day 66, Germany, Wiedelskirchen-Strasse 14 (72) Inventor Hahn, Thomas Sankt-Ingbert-D-66386, Rotor-Strasse 8 F-term (reference) 5D019 AA21 BB02 EE02 FF01 GG05GG09
Claims (16)
と受信機として使用する超音波変換器であって、 膜が保持手段中に配置され、圧電ディスクが前記膜の裏面の中央表面上に配置
されており、 前記圧電ディスク直径が前記膜の直径の６０％以上８５％以下の範囲にあり、 前記膜の前記裏面の前記中央表面上に泡立てられて形成された第１物質を有す
ることを特徴とする超音波変換器。1. An ultrasonic transducer for use as an oscillator and receiver, particularly for use in pulse-echo applications, wherein a membrane is disposed in a holding means, and a piezoelectric disk is disposed on a central surface on the back side of said membrane. Wherein the piezoelectric disc diameter is in a range of 60% or more and 85% or less of the diameter of the film, and has a first substance foamed on the central surface of the back surface of the film. An ultrasonic transducer characterized by the above-mentioned.
作られたことを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein said holding means is made from one material as one part of said membrane.
とを特徴とする請求項２に記載の超音波変換器。3. The ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the material is aluminum or an aluminum alloy.
ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超音波変換器
。4. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein said holding means has said film and forms a pot-shaped structure.
８．８５±０．０２ｍｍ、前記膜の厚さが０．８３±０．０２ｍｍ、前記セラミ
ックス圧電ディスクの厚さが０．２６±０．０２ｍｍであることを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超音波変換器。5. In order to generate a center frequency of 70 kHz, the diameter of the film is 8.85 ± 0.02 mm, the thickness of the film is 0.83 ± 0.02 mm, and the thickness of the ceramic piezoelectric disk is The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 4, wherein the length is 0.26 ± 0.02 mm.
円筒状の保持手段を有することを特徴とする請求項５に記載の超音波変換器。6. The ultrasonic transducer according to claim 5, further comprising cylindrical holding means having a wall thickness of at least 2.85 mm and a height of about 6 mm.
する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の超音波変換器。7. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the piezoelectric disk is adhered on the film.
する請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の超音波変換器。8. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the piezoelectric disk is made of a piezoelectric ceramic.
機械結合係数が０．５を超え、機械的Ｑが３００未満である、ことを特徴とする
請求項８に記載の超音波変換器。9. The super piezoelectric material according to claim 8, wherein the piezoelectric ceramic has a relative dielectric constant of more than 2500, an electromechanical coupling coefficient of more than 0.5, and a mechanical Q of less than 300. Sonic transducer.
されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の超音
波変換器。10. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the first substance is made of a soft material having open cells.
体から構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の超音波変換器。11. The ultrasonic transducer according to claim 10, wherein the first material is made of polyurethane foam or silicon foam.
は、９ｋＰａ未満のひずみ硬さ、１．０未満の音響損失係数を有することを特徴
とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の超音波変換器。12. The method according to claim 1, wherein the first material composed of the polyurethane foam has a strain hardness of less than 9 kPa and an acoustic loss coefficient of less than 1.0. The ultrasonic transducer according to claim 1.
特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の超音波変換器。13. The ultrasonic transducer according to claim 1, further comprising a second substance supplied on the first substance.
る前記圧電ディスクの第１の電極と、 前記圧電ディスクの端部にはんだ付けされた細い線を介して接触されている前
記圧電ディスクの第２の電極と、 を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の超
音波変換器。14. The piezoelectric electrode in contact with the first electrode of the piezoelectric disk, which is connected to the membrane and the holding means as a unit, via a thin wire soldered to an end of the piezoelectric disk. The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 13, further comprising: a second electrode of a disk.
持手段を製造し、 前記保持手段の底部に膜を形成し、 前記膜と機械的に接合し電気的に接触する方法で、前記膜の裏面の上に圧電デ
ィスクを接着し、 前記圧電ディスクの上に細い線の一端をはんだ付けし、 前記膜および前記圧電ディスクが完全に第１の物質によって被覆される方法で 前記保持手段中にある前記膜の裏面の上に前記第１の物質を泡立てて形成する
製造工程を有することを特徴とする超音波変換器の製造方法。15. A method for manufacturing a holding means in the form of a pot made of aluminum or an aluminum alloy, forming a film on the bottom of the holding means, and mechanically joining and electrically contacting the film. Gluing a piezoelectric disc on the back side, soldering one end of a thin wire on the piezoelectric disc, in the holding means in such a way that the membrane and the piezoelectric disc are completely covered by the first substance A method for manufacturing an ultrasonic transducer, comprising a step of forming the first substance by bubbling on the back surface of the film.
射状に広がる膜の望ましい方向と反対方向への音波の伝達を妨げることができる
ことを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。16. A second material applied on top of the first material, the second material being capable of preventing transmission of sound waves in a direction opposite to a desired direction of the radially spreading film. 15. The production method according to 15.
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