JP2017528026A - マルチセル・トランスデューサー - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新規の電気音響トランスデューサーに関し、特に、マルチセル・トランスデューサー、そのマルチセル・トランスデューサーを含む超音波トランスミッター、および、その電気音響トランスデューサーを製造する方法に関する。
電気音響トランスデューサーは、電気エネルギーを、音響領域(たとえば、音波領域または超音波領域)の周波数の機械的な振動に変換するが、それに加えて、または、それに代えて、そのような音波を受波して機械的なエネルギーを電気エネルギーに変換するものもある。そのような変換は、たとえば、圧電デバイスによって達成できる。圧電デバイスは、1枚ないし2枚の圧電層と、振動可能なフレックス層(通常、金属であるが、非金属材料であってもよい)とを備えた積層構造を有するものとすることができる。
本発明は、電気音響トランスデューサーデバイスおよび製造方法に関する。本発明の電気音響トランスデューサーデバイスは、実質的に平面状のパネルアレイに配置された複数の電気音響セルを備える音響トランスミッターである。デバイスの各トランスデューサーコンポーネントは、能動素子と不活性ベースとを備える「二重層(bilayer)」を含むセルである。能動素子は、好ましくは、圧電ディスクである。不活性ベースは、屈曲性プレートであり、好ましくは導電性で、一方の面を金属被覆したものでもよい。特に、本発明のトランスデューサーデバイスの各セルは、屈曲性プレートに取り付けられ、電線に接続された圧電ディスクを含み、圧電二重層ユニットを形成するものであってもよい。
本発明は、マルチセル電気音響トランスデューサーおよびそのようなトランスデューサーの製造方法を提供する。本発明の電気音響トランスデューサーデバイスは、実質的に平坦で、一平面内に複数のセルを有する。トランスデューサーコンポーネントは、セルを有し、各セルは、二重層ユニットを有するものであってもよい。具体的に、圧電ディスクのアレイを、屈曲性プレートに取り付け、平面内にタイリングして二重層ユニット(セル)のマトリックスを提供してもよい。圧電ディスクへの電気入力は、電線を通じて供給される。電気音響セルは、電気信号を超音波音響信号に変換するが、この信号は、デバイスの設計のため、エネルギーロスを最小限に抑えつつ指向性をもって送信することができる。複数のセルの集合的効果を通じて、トランスデューサーデバイスは、広帯域をカバーする高い送波感度を達成し、広い音場を提供することができる。また、アレイは、指向性を強化することで音響パワーの集束ビームを可能にするデザインとすることもできる。
Claims (22)
- 屈曲性プレートと、
複数の圧電ディスクであって、当該圧電ディスクは、前記屈曲性プレート上に平面アレイとして配置されて取り付けられ、前記圧電ディスクのそれぞれおよび屈曲性プレートが二重層ユニットを画定する、圧電ディスクと、
複数の孔を画定する複数のレールを有するレール層であって、当該レール層は、前記屈曲性プレートに取り付けられている、レール層と、
を備え、前記複数の圧電ディスクのそれぞれが、前記複数の孔のそれぞれの中で中央に配置されており、前記レールは、複数の二重層電気音響セルの壁を画定する
ことを特徴とするマルチセル電気音響トランスデューサー。 - 各二重層ユニットの前記屈曲性プレートおよび圧電ディスクがほぼ同等の機械特性とほぼ同等の鉛直方向の高さを有することを特徴とする請求項1のトランスデューサー。
- 前記屈曲性プレートが、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミナ、シリコン、ガラスからなる群から選択されることを特徴とする請求項1のトランスデューサー。
- 前記複数の圧電ディスクのそれぞれがPZTセラミックを含むことを特徴とする請求項1または2のトランスデューサー。
- 前記PZTセラミックが、PZT5AおよびPZT5Hからなる軟質PZTセラミックス群から選択されることを特徴とする請求項4のトランスデューサー。
- 前記PZTセラミックが、PZT4、PZT7A、PZT8からなる群から選択される硬質PTZセラミックス群から選択されることを特徴とする請求項4のトランスデューサー。
- 前記屈曲性プレートに隣接した第1面側に整合層をさらに有する、請求項1〜6のいずれかのトランスデューサー。
- 前記レール層に隣接した第2面側にバッキング層をさらに有する、請求項1〜7のいずれかのトランスデューサー。
- 前記複数の圧電ディスクがそれぞれ同じサイズを有し、六角形、円形、正方形からなる群から選択された形状を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかのトランスデューサー。
- 前記屈曲性プレートが中実の円形ディスク形状を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項のトランスデューサー。
- 前記屈曲性プレートが中央孔を有するドーナツ形ディスク形状を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項のトランスデューサー。
- 前記屈曲性プレートが約80mmの直径を有することを特徴とする請求項10または11のトランスデューサー。
- 前記屈曲性プレートが約120mmの直径を有することを特徴とする請求項11のトランスデューサー。
- 前記トランスデューサーが多周波トランスデューサーであることを特徴とする請求項1〜13のいずれかのトランスデューサー。
- a)平坦な表面上に、複数の均等に離間配置された孔を有する真空保持ベースを配置すること、
b)圧電ディスクのアレイを、当該圧電ディスクのそれぞれを互いに均等に離間配置するように、前記真空保持ベースの孔の上に位置合わせすること、
c)前記真空保持ベースを介して真空を生成すること、
d)第1面と第2面と直径を有するレール層を、前記第1面が前記真空保持ベースに接触するように配置し、前記レール層が前記圧電ディスクのアレイに対応するアレイ状の複数の孔を有し、前記レール層の孔の直径が前記圧電ディスクの直径よりも大きく、前記レール層が、前記複数のレール層の孔に対応する複数のキャビティを画定する鉛直方向の高さを有すること、
e)前記複数のキャビティに硬化性ポリマー充填材を充填すること、
f)前記充填後のキャビティを平板ツールで覆うこと、
g)前記硬化性ポリマーを硬化させること、
h)前記真空を除去すること、
i)前記真空保持ベースを取り外して第1のアセンブリーを形成すること、
j)別途、プレートホルダーを用意し、第1面と第2面と前記レール層の直径に等しい直径を有する屈曲性プレートを、当該プレートホルダー上に配置すること、
k)前記屈曲性プレートの前記第1面に硬化性接着剤を塗布して、前記屈曲性プレートの前記第1面を被覆して第2のアセンブリーを形成すること、
l)前記第1のアセンブリーを、前記レール層の前記第1面が前記屈曲プレートの前記第1面上の前記接着剤に接触するように、前記第2のアセンブリー上に配置すること、
m)前記接着剤を硬化させること、
n)前記平板ツールを取り外すこと、
o)前記硬化後のポリマー充填材を除去すること、そして、
p)前記プレートホルダーを取り外すこと
を有するマルチセル電気音響トランスデューサーを製造する方法。 - 前記位置合わせベースが複数の均等な大きさで均等に離間配置された孔を有する位置合わせツールを前記複数の真空保持ベース上に配置すること、および
前記生成するステップ後に前記位置合わせツールを取り外すこと
をさらに有し、
前記位置合わせするステップが、前記位置合わせツールを用いて前記真空保持ベース上の前記真空保持ベースの孔の上に前記圧電ディスクのアレイをセットすることを含み、前記圧電ディスクがそれぞれ対応する位置合わせツールの孔径よりもやや小さい直径を有することで前記圧電ディスクが前記対応する位置合わせツールの孔内に嵌まることを特徴とする請求項15の方法。 - 前記屈曲性プレートおよび前記複数の圧電ディスクに電線を取り付けることをさらに有する請求項15または16の方法。
- 前記屈曲性プレートの前記第2面に整合層を接着することをさらに有する請求項17の方法。
- 前記レール層の前記第2面にバッキング層を接着することをさらに有する請求項17または18の方法。
- 前記屈曲性プレートが平坦な幾何学形状を有することを特徴とする請求項1〜14のいずれかのトランスデューサー。
- 前記マルチセル電気音響トランスデューサーの各セルが独立に励起可能であることを特徴とする請求項1〜14または20のいずれかのトランスデューサー。
- 前記マルチセル電気音響トランスデューサーの任意の数のセルが互いに連携して励起可能であることを特徴とする請求項1〜17または20のいずれかのトランスデューサー。
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