JP2002135895A - 超音波送受信器 - Google Patents
超音波送受信器Info
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- JP2002135895A JP2002135895A JP2000328542A JP2000328542A JP2002135895A JP 2002135895 A JP2002135895 A JP 2002135895A JP 2000328542 A JP2000328542 A JP 2000328542A JP 2000328542 A JP2000328542 A JP 2000328542A JP 2002135895 A JP2002135895 A JP 2002135895A
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 特に超音波の受発振手段と気体との音響イン
ピーダンスの整合をとる音響整合部材を、空隙を有する
薄膜構造体で構成した場合、この空隙に生じる水滴の浸
透を阻止する。 【解決手段】 薄膜構造体１〜５を積層して得られる音
響整合部材において、気体と接触する面に空隙のない薄
膜構造体６を構成することにより、音響整合部材の空隙
への水滴の浸透を防止することができる。
ピーダンスの整合をとる音響整合部材を、空隙を有する
薄膜構造体で構成した場合、この空隙に生じる水滴の浸
透を阻止する。 【解決手段】 薄膜構造体１〜５を積層して得られる音
響整合部材において、気体と接触する面に空隙のない薄
膜構造体６を構成することにより、音響整合部材の空隙
への水滴の浸透を防止することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波を利用して気
体の流量を測定する流量計測装置や、物体との距離を測
定する距離計測装置などに用いる超音波送受信器に関す
るもので、特に超音波を送信または受信する手段と、気
体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材に
関するものである。
体の流量を測定する流量計測装置や、物体との距離を測
定する距離計測装置などに用いる超音波送受信器に関す
るもので、特に超音波を送信または受信する手段と、気
体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】物体の音響インピーダンスは（密度×音
速）で求められる。空気中の音響インピーダンスＺAIR
は約４２８kg/m2s、超音波を発生または受信する手段で
ある圧電振動子の音響インピーダンスＺPZTは約３０×
１０6kg/m2sである。圧電振動子から空気中へ超音波を
放射する場合、両者の音響インピーダンスの差異による
反射が発生し、放射効率が低下する。これを改善するた
めに用いるものが音響整合部材である。音響整合部材の
音響インピーダンスＺMは理論計算から、
速）で求められる。空気中の音響インピーダンスＺAIR
は約４２８kg/m2s、超音波を発生または受信する手段で
ある圧電振動子の音響インピーダンスＺPZTは約３０×
１０6kg/m2sである。圧電振動子から空気中へ超音波を
放射する場合、両者の音響インピーダンスの差異による
反射が発生し、放射効率が低下する。これを改善するた
めに用いるものが音響整合部材である。音響整合部材の
音響インピーダンスＺMは理論計算から、
【０００３】
【数１】
【０００４】を満たす値が、反射がない状態になる理想
値で、上記したＺPZT及びＺAIRの値を用いると、この値
は約０．１１×１０6kg/m2sとなる。
値で、上記したＺPZT及びＺAIRの値を用いると、この値
は約０．１１×１０6kg/m2sとなる。
【０００５】図１１は、音響整合部材の音響インピーダ
ンスと圧電振動子から空気中に放射される振動のエネル
ギーの割合の関係を示した特性図である。音響インピー
ダンス約０．１１×１０6kg/m2sで、透過の割合が１と
なり反射のないことを示している。
ンスと圧電振動子から空気中に放射される振動のエネル
ギーの割合の関係を示した特性図である。音響インピー
ダンス約０．１１×１０6kg/m2sで、透過の割合が１と
なり反射のないことを示している。
【０００６】また、音響整合部材の長さを考慮すると、
その最適な長さは音響整合部材を伝播する振動の波長の
１／４である。圧電振動子３の振動周波数をν、音響整
合部材での音速をＣ、とすると、波長λは、
その最適な長さは音響整合部材を伝播する振動の波長の
１／４である。圧電振動子３の振動周波数をν、音響整
合部材での音速をＣ、とすると、波長λは、
【０００７】
【数２】
【０００８】で表される。
【０００９】図１２に示すように圧電振動子の振動の波
が音響整合部材をのように伝播し、異なる音響インピ
ーダンスの境界面Ａで、は透過波と反射波とに分
かれる。反射波はさらに音響インピーダンスの境界面
Ｂで反射し、反射波を生じる。は音響インピーダン
スの境界面Ａに到達し透過波と反射に分かれる。この
ときとの波の位相が合うと、空気中での振動の波を
強め合う。音響整合部材の長さが伝播する振動の波長の
１／４のときとの波の位相が合うようになる。
が音響整合部材をのように伝播し、異なる音響インピ
ーダンスの境界面Ａで、は透過波と反射波とに分
かれる。反射波はさらに音響インピーダンスの境界面
Ｂで反射し、反射波を生じる。は音響インピーダン
スの境界面Ａに到達し透過波と反射に分かれる。この
ときとの波の位相が合うと、空気中での振動の波を
強め合う。音響整合部材の長さが伝播する振動の波長の
１／４のときとの波の位相が合うようになる。
【００１０】音響整合部材がこのような理想に近い音響
インピーダンスを持つためには密度が軽く、かつ、音速
が遅いことが必要である。
インピーダンスを持つためには密度が軽く、かつ、音速
が遅いことが必要である。
【００１１】このため、従来の音響整合部材には図１３
に示すように、樹脂材料２０にガラスバルーン２１（ガ
ラスの中空球体）を混ぜて固めた構成のものがある。ガ
ラスバルーンは中空であるので、非常に軽いという特徴
がある。これを樹脂にまぜて固めて得られた構造体は、
樹脂だけで固めて得られた構造体に比べ密度が軽くな
る。また、用いるガラスバルーンの大きさは、音響整合
部材を伝播する振動の波長よりも、十分小さいもの（お
よそ振動の波長の１／１０以下）が、振動伝播に影響を
与えにくいことから選択されている。この音響整合部材
は音速が約２３００m/sで、密度は約１．２g/cm3の樹脂
材料に、真比重０．１３g/cm3のガラスバルーン（商標
名「３Ｍガラス発泡体」で入手できる）を混ぜて固めて
形成することにより、密度０．５６g/cm3、音速２１０
０m/sとしている。これの音響インピーダンスＺCOMは
１．１８×１０6kg/m2sとなる。
に示すように、樹脂材料２０にガラスバルーン２１（ガ
ラスの中空球体）を混ぜて固めた構成のものがある。ガ
ラスバルーンは中空であるので、非常に軽いという特徴
がある。これを樹脂にまぜて固めて得られた構造体は、
樹脂だけで固めて得られた構造体に比べ密度が軽くな
る。また、用いるガラスバルーンの大きさは、音響整合
部材を伝播する振動の波長よりも、十分小さいもの（お
よそ振動の波長の１／１０以下）が、振動伝播に影響を
与えにくいことから選択されている。この音響整合部材
は音速が約２３００m/sで、密度は約１．２g/cm3の樹脂
材料に、真比重０．１３g/cm3のガラスバルーン（商標
名「３Ｍガラス発泡体」で入手できる）を混ぜて固めて
形成することにより、密度０．５６g/cm3、音速２１０
０m/sとしている。これの音響インピーダンスＺCOMは
１．１８×１０6kg/m2sとなる。
【００１２】また、特開昭６３−１０３９９３号公報に
はガラス層にガラス製マイクロバルーンを内有した構成
の音響整合部材が示されている。この発明の特徴は、音
響整合層をガラスだけで構成するので、高温時にも物性
の変化がないこということである。ただし、ガラスの音
速は５０００〜６０００m/sec、密度は２．２g/cm3なの
で、このような構成で得られた構造体は、音速が早く、
密度が大きくなり、音響インピーダンスは大きな値にな
るものと推定される。
はガラス層にガラス製マイクロバルーンを内有した構成
の音響整合部材が示されている。この発明の特徴は、音
響整合層をガラスだけで構成するので、高温時にも物性
の変化がないこということである。ただし、ガラスの音
速は５０００〜６０００m/sec、密度は２．２g/cm3なの
で、このような構成で得られた構造体は、音速が早く、
密度が大きくなり、音響インピーダンスは大きな値にな
るものと推定される。
【００１３】また、特開平２−１７７７９９号公報のも
のはガラスの中空球体だけで音響整合部材を構成するこ
とを特徴としており、その製造方法はガラスの中空球体
が軟化する温度に加熱して、圧縮することで中空球体の
それぞれの接触点で結合させる方法が述べられている。
ガラスの中空球体は商標名「３Ｍガラス発泡体」（前述
したものと同等なもの）を用い、得られた音響整合部材
は音速９００m/sec、音響インピーダンスＺBGは約０．
４５×１０6kg/m2sの特性を持つことが明記されてい
る。音響インピーダンスは音速×密度で表されるので、
この音響整合部材は密度が０．５g/cm3となる。ガラス
の音速は５０００〜６０００m/secであるが、中空球体
とすることにより音速が９００m/secまで下がる。
のはガラスの中空球体だけで音響整合部材を構成するこ
とを特徴としており、その製造方法はガラスの中空球体
が軟化する温度に加熱して、圧縮することで中空球体の
それぞれの接触点で結合させる方法が述べられている。
ガラスの中空球体は商標名「３Ｍガラス発泡体」（前述
したものと同等なもの）を用い、得られた音響整合部材
は音速９００m/sec、音響インピーダンスＺBGは約０．
４５×１０6kg/m2sの特性を持つことが明記されてい
る。音響インピーダンスは音速×密度で表されるので、
この音響整合部材は密度が０．５g/cm3となる。ガラス
の音速は５０００〜６０００m/secであるが、中空球体
とすることにより音速が９００m/secまで下がる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
に記載されている音響整合部材には次に示すような課題
がある。
に記載されている音響整合部材には次に示すような課題
がある。
【００１５】前述した音響整合部材の音響インピーダン
スＺBGを得る音響整合層は、ガラスの中空球体で構成す
るので、中空球体間に空隙が存在する。このような構造
であると、湿度の高い気体中に置かれた場合、水分が空
隙に存在するようになり、音響整合層の特性が大きく変
化してしまう。これにより、気体の流量測定値が湿度に
よって変わるという課題がある。
スＺBGを得る音響整合層は、ガラスの中空球体で構成す
るので、中空球体間に空隙が存在する。このような構造
であると、湿度の高い気体中に置かれた場合、水分が空
隙に存在するようになり、音響整合層の特性が大きく変
化してしまう。これにより、気体の流量測定値が湿度に
よって変わるという課題がある。
【００１６】また、水滴がかかると水を吸収してしま
い、乾くまでに時間を要するという課題がある。
い、乾くまでに時間を要するという課題がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の超音波送受信器の音響整合部材は、
空隙を有する薄膜構造体を積層し、気体と接触する面に
は空隙のない薄膜構造体を積層するようにしたものであ
る。
るために、本発明の超音波送受信器の音響整合部材は、
空隙を有する薄膜構造体を積層し、気体と接触する面に
は空隙のない薄膜構造体を積層するようにしたものであ
る。
【００１８】これによって、空隙のない薄膜構造体に水
滴が付着しても、音響整合層内部に水が浸透していくこ
とがなくなる。
滴が付着しても、音響整合層内部に水が浸透していくこ
とがなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】請求項１に係る超音波送受信器
は、薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材の気体
と接する面に、空隙のない薄膜構造体を設ける構成とす
ることにより、薄膜構造体に構成されている空隙に水が
侵入しにくい構造とする。
は、薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材の気体
と接する面に、空隙のない薄膜構造体を設ける構成とす
ることにより、薄膜構造体に構成されている空隙に水が
侵入しにくい構造とする。
【００２０】請求項２に係る超音波送受信器は、薄膜構
造体を積層して得られる音響整合部材の、振動子または
振動子を収納したケースと接する面に、空隙のない薄膜
構造体を設ける構成とすることにより、音響整合部材を
振動子、または振動子を収納したケースに取りつける際
に用いる、接着剤の音響整合部材への浸透を防ぐことが
でき、音響整合部材の特性を安定化することができる。
造体を積層して得られる音響整合部材の、振動子または
振動子を収納したケースと接する面に、空隙のない薄膜
構造体を設ける構成とすることにより、音響整合部材を
振動子、または振動子を収納したケースに取りつける際
に用いる、接着剤の音響整合部材への浸透を防ぐことが
でき、音響整合部材の特性を安定化することができる。
【００２１】請求項３に係る超音波送受信器は、空隙を
有する薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材と、
振動子を収納するケースとを備え、前記ケースは前記音
響整合部材の側面に沿ってガイドを突出させる構成とす
ることにより、前記音響整合部材の側面からの水の侵入
を防ぐことができる。
有する薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材と、
振動子を収納するケースとを備え、前記ケースは前記音
響整合部材の側面に沿ってガイドを突出させる構成とす
ることにより、前記音響整合部材の側面からの水の侵入
を防ぐことができる。
【００２２】請求項４に係る超音波送受信器は、空隙を
有する薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材と、
振動子とＯリングとを備え、前記Ｏリングを前記音響整
合部材の周囲に設けることにより、前記音響整合部材の
側面からの水の侵入を防ぐことができるとともに、Ｏリ
ングにより不要な振動を減衰させることができる。
有する薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材と、
振動子とＯリングとを備え、前記Ｏリングを前記音響整
合部材の周囲に設けることにより、前記音響整合部材の
側面からの水の侵入を防ぐことができるとともに、Ｏリ
ングにより不要な振動を減衰させることができる。
【００２３】請求項５に係る超音波送受信器は、空隙を
有する薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材と、
前記音響整合部材を収納するケースとを備え、前記ケー
スは前記薄膜構造体を構成する材料と同じ材料で構成
し、積層された薄膜構造体と共に燒結することにより、
前記音響整合部材の側面からの水の侵入を防ぐ構造とす
ることができる。
有する薄膜構造体を積層して得られる音響整合部材と、
前記音響整合部材を収納するケースとを備え、前記ケー
スは前記薄膜構造体を構成する材料と同じ材料で構成
し、積層された薄膜構造体と共に燒結することにより、
前記音響整合部材の側面からの水の侵入を防ぐ構造とす
ることができる。
【００２４】請求項６に係る超音波送受信器は、薄膜構
造体を構成する主材料に、補助材料を混合し、燒結する
段階で前記補助材料を蒸発させることで空隙を形成する
薄膜構造体と、前記薄膜構造体を積層して得られる音響
整合部材とを備え、前記薄膜構造体は補助材料の量を順
番に増やしていく構成とすることにより、空隙の量が徐
々に増えていく構成の音響整合部材を作ることができ
る。
造体を構成する主材料に、補助材料を混合し、燒結する
段階で前記補助材料を蒸発させることで空隙を形成する
薄膜構造体と、前記薄膜構造体を積層して得られる音響
整合部材とを備え、前記薄膜構造体は補助材料の量を順
番に増やしていく構成とすることにより、空隙の量が徐
々に増えていく構成の音響整合部材を作ることができ
る。
【００２５】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００２６】（実施例１）図１は本発明の実施例１の音
響整合部材の構成を示す断面図である。
響整合部材の構成を示す断面図である。
【００２７】図２は音響整合部材を構成する一つの薄膜
構造体の断面図である。図３は薄膜構造体の製造の途中
プロセスにおける状態を示した断面図である。図１にお
いて、１から５は空隙のある薄膜構造体、６、７は空隙
のない薄膜構造体である。図２において８は空隙であ
る。図３において９は主材料、１０は補助材料、１１は
フィルムである。
構造体の断面図である。図３は薄膜構造体の製造の途中
プロセスにおける状態を示した断面図である。図１にお
いて、１から５は空隙のある薄膜構造体、６、７は空隙
のない薄膜構造体である。図２において８は空隙であ
る。図３において９は主材料、１０は補助材料、１１は
フィルムである。
【００２８】図１に示す音響整合部材は図２に示す薄膜
構造体を積層して構成する。まず、薄膜構造体は以下の
ようにして製造される。
構造体を積層して構成する。まず、薄膜構造体は以下の
ようにして製造される。
【００２９】図２に示す主材料９であるセラミック粉末
に補助材料１０であるアクリルの微小球を混ぜ合わせた
ものをフィルム１１上に薄く塗布する。アクリルの微小
球の大きさは、音の伝播に影響を与えないように、音の
波長に対して１／１０以下の直径にしている。また、塗
布する厚さは微小球が上下に何段も重なることがない厚
さが選ばれる。すなわち、微小球の直径と同じ程度の厚
さで塗布している。このような厚さで塗布することによ
り、主材料９に含まれる微小球の分布が一様になりやす
くなる。
に補助材料１０であるアクリルの微小球を混ぜ合わせた
ものをフィルム１１上に薄く塗布する。アクリルの微小
球の大きさは、音の伝播に影響を与えないように、音の
波長に対して１／１０以下の直径にしている。また、塗
布する厚さは微小球が上下に何段も重なることがない厚
さが選ばれる。すなわち、微小球の直径と同じ程度の厚
さで塗布している。このような厚さで塗布することによ
り、主材料９に含まれる微小球の分布が一様になりやす
くなる。
【００３０】次に、これを乾燥させてからフィルムから
剥がして得られる複数の薄膜構造体を積層して電気炉で
セラミック粉末が結合するまで温度を上げて燒結させ
る。アクリルはセラミックよりも沸点が低いので、セラ
ミック粉末が結合する前に蒸発し、蒸発したアクリルの
微小球のあとは微小な空隙となる。このようにして得ら
れたものが図１の薄膜構造体である。微小な空隙８が一
様な分布で構成されており、空隙が存在するため密度も
軽くなる。その結果、音響整合部材を小さな音響インピ
ーダンスとすることができる。
剥がして得られる複数の薄膜構造体を積層して電気炉で
セラミック粉末が結合するまで温度を上げて燒結させ
る。アクリルはセラミックよりも沸点が低いので、セラ
ミック粉末が結合する前に蒸発し、蒸発したアクリルの
微小球のあとは微小な空隙となる。このようにして得ら
れたものが図１の薄膜構造体である。微小な空隙８が一
様な分布で構成されており、空隙が存在するため密度も
軽くなる。その結果、音響整合部材を小さな音響インピ
ーダンスとすることができる。
【００３１】主材料９はセラミックである必要はなく、
補助材料１０より沸点が高ければよいのでガラスも用い
ることができ、ガラスはセラミックよりも密度が軽いも
のがあるので、より小さな音響インピーダンスとするこ
とができる。
補助材料１０より沸点が高ければよいのでガラスも用い
ることができ、ガラスはセラミックよりも密度が軽いも
のがあるので、より小さな音響インピーダンスとするこ
とができる。
【００３２】ここで、図１に示す音響整合部材は、複数
の薄膜構造体１から５の上面、または底面、あるいは両
方に、空隙がない薄膜構造体６または７を設けている。
の薄膜構造体１から５の上面、または底面、あるいは両
方に、空隙がない薄膜構造体６または７を設けている。
【００３３】図４は音響整合部材を振動子を収納する金
属ケースに取りつけた状態をしめした断面図である。１
２は音響整合部材、１３は接着剤、１４は金属ケース、
１５は振動子、１６、１７は電極である。
属ケースに取りつけた状態をしめした断面図である。１
２は音響整合部材、１３は接着剤、１４は金属ケース、
１５は振動子、１６、１７は電極である。
【００３４】金属ケース１４と音響整合部材１２との接
着は接着剤１３を用いて行う。音響整合部材１２には多
くの空隙が存在するが、音響整合部材１２の金属ケース
１４と接触する面には、空隙がない薄膜構造体７が設け
られているので、接着剤１３が音響整合部材１２の空隙
に浸透することなく、確実に音響整合部材１２と金属ケ
ース１４との接着をおこなうことができる。また、接着
剤１３が音響整合部材１２の空隙に浸透しないので、音
響整合部材１２は、その特性を損なうことがない。
着は接着剤１３を用いて行う。音響整合部材１２には多
くの空隙が存在するが、音響整合部材１２の金属ケース
１４と接触する面には、空隙がない薄膜構造体７が設け
られているので、接着剤１３が音響整合部材１２の空隙
に浸透することなく、確実に音響整合部材１２と金属ケ
ース１４との接着をおこなうことができる。また、接着
剤１３が音響整合部材１２の空隙に浸透しないので、音
響整合部材１２は、その特性を損なうことがない。
【００３５】さらに、音響整合部材１２の上面で、気体
と接触する面には、空隙がない薄膜構造体６が設けられ
ている。このため、気体中に飛散した水滴が付着して
も、音響整合部材１２の空隙に浸透しないので、音響整
合部材１２は、その特性を損なうことがない。
と接触する面には、空隙がない薄膜構造体６が設けられ
ている。このため、気体中に飛散した水滴が付着して
も、音響整合部材１２の空隙に浸透しないので、音響整
合部材１２は、その特性を損なうことがない。
【００３６】（実施例２）図５は本発明の実施例２の超
音波送受信器の構成を示す断面図である。１８は振動子
を収納するケースに設けられたガイドである。ガイド１
８は音響整合部材１２の側面に沿って、配置される。音
響整合部材１２は「実施例１」で述べた構成であり、内
部には多くの空隙を有している。音響整合部材１２が気
体と触れる面は、前述したように空隙がない薄膜構造体
を設けているので、水滴が付着しても音響整合部材１２
内部に水が浸透することはない。
音波送受信器の構成を示す断面図である。１８は振動子
を収納するケースに設けられたガイドである。ガイド１
８は音響整合部材１２の側面に沿って、配置される。音
響整合部材１２は「実施例１」で述べた構成であり、内
部には多くの空隙を有している。音響整合部材１２が気
体と触れる面は、前述したように空隙がない薄膜構造体
を設けているので、水滴が付着しても音響整合部材１２
内部に水が浸透することはない。
【００３７】さらに、本発明のように、ガイド１８を音
響整合部材１２の側面に沿って配置することにより、音
響整合部材１２の側面に水滴が付着しにくくできるの
で、より一層、外部からの水滴に対して、特性変化が生
じにくい超音波送受信器を実現することができる。
響整合部材１２の側面に沿って配置することにより、音
響整合部材１２の側面に水滴が付着しにくくできるの
で、より一層、外部からの水滴に対して、特性変化が生
じにくい超音波送受信器を実現することができる。
【００３８】（実施例３）図６は本発明の実施例３の超
音波送受信器の構成を示す断面図である。
音波送受信器の構成を示す断面図である。
【００３９】１９は音響整合部材１２の側面に沿って配
置されるシリコン製のＯリングである。音響整合部材１
２は「実施例１」で述べた構成であり、内部には多くの
空隙を有している。音響整合部材１２が気体と触れる面
は、前述したように空隙がない薄膜構造体を設けている
ので、水滴が付着しても音響整合部材１２内部に水が浸
透することはない。
置されるシリコン製のＯリングである。音響整合部材１
２は「実施例１」で述べた構成であり、内部には多くの
空隙を有している。音響整合部材１２が気体と触れる面
は、前述したように空隙がない薄膜構造体を設けている
ので、水滴が付着しても音響整合部材１２内部に水が浸
透することはない。
【００４０】さらに、本発明のように、Ｏリング１９を
音響整合部材１２の側面に沿って配置することにより、
音響整合部材１２の側面に水滴が付着しにくくできるの
で、より一層、外部からの水滴に対して、特性変化が生
じにくい超音波送受信器を実現することができる。
音響整合部材１２の側面に沿って配置することにより、
音響整合部材１２の側面に水滴が付着しにくくできるの
で、より一層、外部からの水滴に対して、特性変化が生
じにくい超音波送受信器を実現することができる。
【００４１】また、Ｏリング１９を設けることにより、
残響を少なくして精度の良い流量測定ができるようにな
る。これについて、図７、図８を用いて説明する。
残響を少なくして精度の良い流量測定ができるようにな
る。これについて、図７、図８を用いて説明する。
【００４２】気体の流量は図７に示すように、気体が流
れる管に２つの超音波送受信器２０、２１を配置する。
２０は送信側で２１は受信側である。送信側２０からの
超音波は受信側２１に向かって進むが、気体の流れが速
くなると、受信側２１の到達する超音波の到達時間が早
くなる。すなわち、到達時間を測定することにより気体
の流量を計算することができる。
れる管に２つの超音波送受信器２０、２１を配置する。
２０は送信側で２１は受信側である。送信側２０からの
超音波は受信側２１に向かって進むが、気体の流れが速
くなると、受信側２１の到達する超音波の到達時間が早
くなる。すなわち、到達時間を測定することにより気体
の流量を計算することができる。
【００４３】図８は送信側の信号と受信側の信号波形と
を示した波形図である。超音波送受信器には残響という
現象があるので、送信信号に１パルスの信号を用いて
も、受信側にはいくつもの振動が現れる。これを尾引き
と呼ぶことにする。超音波の到達時間はｔ２を測定す
る。一度の測定では誤差が生じる恐れがあるため、２０
０回程度、到達時間を測定する。２発目の送信信号が送
られて、それによる超音波の到達時間がｔ２である。こ
のときｔ２を測定するＡ点において、１発目の送信信号
による尾引きが残っていると、到達時間がｔ２を正確に
判定できなくなる。このため尾引きは小さい方が好まし
く、図６に示したようにシリコンのＯリングを音響整合
手段の側面に設けることにより、この尾引きはを速やか
に減衰させることができるようになる。
を示した波形図である。超音波送受信器には残響という
現象があるので、送信信号に１パルスの信号を用いて
も、受信側にはいくつもの振動が現れる。これを尾引き
と呼ぶことにする。超音波の到達時間はｔ２を測定す
る。一度の測定では誤差が生じる恐れがあるため、２０
０回程度、到達時間を測定する。２発目の送信信号が送
られて、それによる超音波の到達時間がｔ２である。こ
のときｔ２を測定するＡ点において、１発目の送信信号
による尾引きが残っていると、到達時間がｔ２を正確に
判定できなくなる。このため尾引きは小さい方が好まし
く、図６に示したようにシリコンのＯリングを音響整合
手段の側面に設けることにより、この尾引きはを速やか
に減衰させることができるようになる。
【００４４】（実施例５）図９は本発明の実施例４の音
響整合部材の構成を示す断面図である。２２は薄膜構造
体１から５と同じ材料で型が作られているケースであ
る。但し、空隙をつくらいなため、主材料だけで構成
し、補助材料は含まれていない。ケース２２内に図３で
示される音響整合部材が収納される。音響整合部材は底
面の空隙のない薄膜構造体を除いたもので、ケース２２
内に収納してから燒結する。これにより、図３の音響整
合部材の側面と底面とに空隙のない薄膜層が形成される
ので、音響整合部材１２の側面に水滴が付着しにくくで
き、外部からの水滴に対して、特性変化が生じにくい超
音波送受信器を実現することができる。
響整合部材の構成を示す断面図である。２２は薄膜構造
体１から５と同じ材料で型が作られているケースであ
る。但し、空隙をつくらいなため、主材料だけで構成
し、補助材料は含まれていない。ケース２２内に図３で
示される音響整合部材が収納される。音響整合部材は底
面の空隙のない薄膜構造体を除いたもので、ケース２２
内に収納してから燒結する。これにより、図３の音響整
合部材の側面と底面とに空隙のない薄膜層が形成される
ので、音響整合部材１２の側面に水滴が付着しにくくで
き、外部からの水滴に対して、特性変化が生じにくい超
音波送受信器を実現することができる。
【００４５】（実施例５）図１０は本発明の実施例５の
音響整合部材の構成を示す断面図である。２３から２８
は「実施例１」で述べた作り方で得られた薄膜構造体で
ある。但し、薄膜構造体２３、２４は補助材料の添加量
を少なくして、空隙を少なくしている。これにより密度
が重くなり音響インピーダンスが大きくなる。また、薄
膜構造体２５、２６は補助材料の添加量を薄膜構造体２
３、２４よりも多くしている。これにより密度は薄膜構
造体２３、２４より軽くなり音響インピーダンスは小さ
くなる。さらに、薄膜構造体２７、２８は補助材料の添
加量を薄膜構造体２５、２６よりも多くしている。これ
により密度は薄膜構造体２５、２６より軽くなり音響イ
ンピーダンスは小さくなる。これにより、音響インピー
ダンスが層によって順順に変わっていく音響整合層を得
ることができる。
音響整合部材の構成を示す断面図である。２３から２８
は「実施例１」で述べた作り方で得られた薄膜構造体で
ある。但し、薄膜構造体２３、２４は補助材料の添加量
を少なくして、空隙を少なくしている。これにより密度
が重くなり音響インピーダンスが大きくなる。また、薄
膜構造体２５、２６は補助材料の添加量を薄膜構造体２
３、２４よりも多くしている。これにより密度は薄膜構
造体２３、２４より軽くなり音響インピーダンスは小さ
くなる。さらに、薄膜構造体２７、２８は補助材料の添
加量を薄膜構造体２５、２６よりも多くしている。これ
により密度は薄膜構造体２５、２６より軽くなり音響イ
ンピーダンスは小さくなる。これにより、音響インピー
ダンスが層によって順順に変わっていく音響整合層を得
ることができる。
【００４６】このような構成の音響整合部材は、実開昭
６１−１３９０９８号公報に述べられているように、周
波数帯域幅を拡大することができる。
６１−１３９０９８号公報に述べられているように、周
波数帯域幅を拡大することができる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように、請求項１から５に記載の
発明によれば、金属ケースと音響整合部材との接着を行
うために用いる接着剤が音響整合部材空隙に浸透するこ
となく、確実に音響整合部材１２と金属ケース１４との
接着をおこなうことができ、かつ、音響整合部材は、そ
の特性を損なうことがない。
発明によれば、金属ケースと音響整合部材との接着を行
うために用いる接着剤が音響整合部材空隙に浸透するこ
となく、確実に音響整合部材１２と金属ケース１４との
接着をおこなうことができ、かつ、音響整合部材は、そ
の特性を損なうことがない。
【００４８】さらに、気体中に飛散した水滴が付着して
も、音響整合部材の空隙に水滴が浸透しないので、音響
整合部材は、その特性を損なうことがない。
も、音響整合部材の空隙に水滴が浸透しないので、音響
整合部材は、その特性を損なうことがない。
【００４９】また、請求項６に記載の発明によれば、音
響インピーダンスが層によって順順に変わっていく音響
整合層を得ることができ、このような構成の音響整合部
材は、周波数帯域幅を拡大することができる。
響インピーダンスが層によって順順に変わっていく音響
整合層を得ることができ、このような構成の音響整合部
材は、周波数帯域幅を拡大することができる。
【図１】本発明の実施例１における音響整合部材を構成
する薄膜構造体の断面図
する薄膜構造体の断面図
【図２】同薄膜構造体の製造の一過程の状態を示した断
面図
面図
【図３】本発明の実施例１の超音波送受信器における音
響整合部材の断面図
響整合部材の断面図
【図４】同超音波送受信器の断面図
【図５】本発明の実施例２における超音波送受信器の断
面図
面図
【図６】本発明の実施例３における超音波送受信器の断
面図
面図
【図７】同超音波送受信器による気体流量測定装置の構
成図
成図
【図８】同超音波送受信器による気体流量測定装置の入
出力波形図
出力波形図
【図９】本発明の実施例４における音響整合部材の断面
図
図
【図１０】本発明の実施例５における音響整合部材の断
面図
面図
【図１１】音響インピーダンスと振動のエネルギーの透
過の割合を示す特性図
過の割合を示す特性図
【図１２】音響整合部材の最適な長さが波長の１／４に
なることを説明するための概念図
なることを説明するための概念図
【図１３】従来の音響整合部材の断面図
１、２、３、４、５ 薄膜構造体 ６、７ 空隙のない薄膜構造体 ８ 空隙 ９ 主材料 １０ 補助材料 １２ 音響整合部材 １４ ケース １５ 振動子 １８ ガイド １９ Ｏリング ２２ 薄膜構造体を構成する材料と同じ材料で構成した
ケース ２３〜２８ 補助材料の量を順番に増やしていった薄膜
構造体
ケース ２３〜２８ 補助材料の量を順番に増やしていった薄膜
構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 29/28 Ｇ０１Ｎ 29/28 Ｇ０１Ｓ 7/521 Ｇ０１Ｓ 7/52 Ａ (72)発明者 黄地 謙三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井垣 恵美子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 塩谷 秀和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F035 DA05 2G047 AA01 EA10 EA11 GE00 5D019 AA14 EE02 FF01 GG02 GG09 5D107 AA05 AA10 AA12 AA14 CC01 CC10 CC12 FF01 FF07 FF09 5J083 AA02 AB12 AC23 AD04 AD12 AE10 CA14 CA17 CA35 CA36 CA50 CB01 CB18
Claims (6)
- 【請求項１】 薄膜構造体を構成する主材料に補助材料
を混合し、燒結する段階で前記補助材料を蒸発させて空
隙を形成する薄膜構造体と、前記薄膜構造体を積層して
得られる音響整合部材とを備え、前記音響整合部材の気
体と接する面に、空隙のない薄膜構造体を設けた超音波
送受信器。 - 【請求項２】 薄膜構造体を構成する主材料に補助材料
を混合し、燒結する段階で前記補助材料を蒸発させて空
隙を形成する薄膜構造体と、前記薄膜構造体を積層して
得られる音響整合部材と、振動子または振動子を収納し
たケースとを備え、前記音響整合部材と振動子または振
動子を収納したケースと接する面の前記音響整合部材
に、空隙のない薄膜構造体を設けた超音波送受信器。 - 【請求項３】 空隙を有する薄膜構造体を積層して得ら
れる音響整合部材と、振動子を収納するケースとを備
え、前記ケースは前記音響整合部材の側面に沿ってガイ
ドが突出した請求項１または２記載の超音波送受信器。 - 【請求項４】 空隙を有する薄膜構造体を積層して得ら
れる音響整合部材と、振動子とＯリングとを備え、前記
Ｏリングは前記音響整合部材の周囲に設けられる超音波
送受信器。 - 【請求項５】 空隙を有する薄膜構造体と、前記薄膜構
造体を収納するケースとを備え、前記ケースは前記薄膜
構造体を構成する材料と同一の材料で構成し、前記薄膜
構造体とともに燒結してなる請求項１記載の超音波送受
信器。 - 【請求項６】 薄膜構造体を構成する主材料に補助材料
を混合し、燒結する段階で前記補助材料を蒸発させて空
隙を形成する薄膜構造体と、前記薄膜構造体を積層して
得られる音響整合部材とを備え、積層された前記薄膜構
造体の一方から他方に向かって、補助材料の量を順番に
増やしていく構成とした超音波送受信器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000328542A JP2002135895A (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 超音波送受信器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000328542A JP2002135895A (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 超音波送受信器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002135895A true JP2002135895A (ja) | 2002-05-10 |
Family
ID=18805377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000328542A Pending JP2002135895A (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 超音波送受信器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002135895A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004057913A1 (ja) * | 2002-12-20 | 2004-07-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 超音波送受波器およびその製造方法、ならびに超音波流量計 |
| WO2005115054A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Olympus Corporation | 超音波トランスデューサとその製造方法 |
| JP2005351753A (ja) * | 2004-06-10 | 2005-12-22 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 超音波による氷水濃度測定方法及び装置 |
| JP2007129554A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Toshiba Corp | 超音波プローブ及び超音波診断装置 |
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| EP3160161A4 (en) * | 2014-06-18 | 2018-02-21 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Carbonaceous acoustic matching layer and method for producing same |
-
2000
- 2000-10-27 JP JP2000328542A patent/JP2002135895A/ja active Pending
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