JP2634161B2 - 空中超音波トランスジユーサの製造方法 - Google Patents
空中超音波トランスジユーサの製造方法Info
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- JP2634161B2 JP2634161B2 JP61250399A JP25039986A JP2634161B2 JP 2634161 B2 JP2634161 B2 JP 2634161B2 JP 61250399 A JP61250399 A JP 61250399A JP 25039986 A JP25039986 A JP 25039986A JP 2634161 B2 JP2634161 B2 JP 2634161B2
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- resin
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動車の車高センサ等に使用される空中超音
波トランスジューサの製造方法に関する。
波トランスジューサの製造方法に関する。
従来の技術 圧電素子の広がり振動モード、或いは厚み縦振動モー
ドによって超音波を発する空中超音波トランスジューサ
としては、第３図に示す如く、圧電素子１の上に中間媒
体として音響整合層２を載置したものが一般的に知られ
ている。図中10はケース、11は端子板、12はリード端
子、13は該端子板11及びリード端子12を破覆する破覆部
である。
ドによって超音波を発する空中超音波トランスジューサ
としては、第３図に示す如く、圧電素子１の上に中間媒
体として音響整合層２を載置したものが一般的に知られ
ている。図中10はケース、11は端子板、12はリード端
子、13は該端子板11及びリード端子12を破覆する破覆部
である。
上記音響整合層２は、上記圧電素子１と空気との間の
音響インピーダンスを結合させ効率良く超音波を発する
ためのものであって、上記圧電素子１の共振周波数の1/
4波長に相当する厚みｔを有してなる。すなわち、圧電
素子１の固有音響インピーダンスρ0C0（ρ0:密度,C0:
縦波伝播速度）は、 ρ0C0＝30×106kg/m2・ｓ の値を有する一方、空気の固有音響インピーダンスρaC
a（ρa:密度,Ca:縦波伝播速度）は、 ρaCa＝4.2×102kg/m2・ｓ の値を有しており、圧電素子１の固有音響インピーダン
スρ0C0は空気の固有音響インピーダンスρaCaに比べか
なり大きく、上記音響整合層２は、この両者の固有音響
インピーダンスの間を整合すべくその固有音響インピー
ダンスが上記両者の中間値に設定されてなるものであ
る。
音響インピーダンスを結合させ効率良く超音波を発する
ためのものであって、上記圧電素子１の共振周波数の1/
4波長に相当する厚みｔを有してなる。すなわち、圧電
素子１の固有音響インピーダンスρ0C0（ρ0:密度,C0:
縦波伝播速度）は、 ρ0C0＝30×106kg/m2・ｓ の値を有する一方、空気の固有音響インピーダンスρaC
a（ρa:密度,Ca:縦波伝播速度）は、 ρaCa＝4.2×102kg/m2・ｓ の値を有しており、圧電素子１の固有音響インピーダン
スρ0C0は空気の固有音響インピーダンスρaCaに比べか
なり大きく、上記音響整合層２は、この両者の固有音響
インピーダンスの間を整合すべくその固有音響インピー
ダンスが上記両者の中間値に設定されてなるものであ
る。
そして従来このような音響整合層２は、ガラス等で形
成された比重の軽い中空状の多数のマイクロバルーン
と、エポキシ等の溶融された樹脂とを混合し、硬化させ
ることにより製造されていた。
成された比重の軽い中空状の多数のマイクロバルーン
と、エポキシ等の溶融された樹脂とを混合し、硬化させ
ることにより製造されていた。
発明が解決しようとする問題点 ところで、上記空中超音波トランスジューサとして上
記圧電素子１から発生した超音波エネルギを最大に空中
に放射させる条件としての上記音響整合層の固有音響イ
ンピーダンスρLCL（ρL:密度,CL:縦波伝播速度）は、
上記圧電素子１の固有音響インピーダンスρ0C0と空気
の固有音響インピーダンスρaCaの幾何平均値、即ち が好ましいことが知られており、したがって実用上もで
きるだけ上記した数値に近づけることが望ましい。
記圧電素子１から発生した超音波エネルギを最大に空中
に放射させる条件としての上記音響整合層の固有音響イ
ンピーダンスρLCL（ρL:密度,CL:縦波伝播速度）は、
上記圧電素子１の固有音響インピーダンスρ0C0と空気
の固有音響インピーダンスρaCaの幾何平均値、即ち が好ましいことが知られており、したがって実用上もで
きるだけ上記した数値に近づけることが望ましい。
しかし、上述の如く製造された音響整合層２はマイク
ロバルーンと樹脂との単なる混合物であるため、樹脂の
粘性等の物理的原因によりマイクロバルーンの樹脂への
充填比率が20〜30％のものしか得られず、その固有音響
インピーダンスρLCLも、 ρLCL＝２〜５×106kg/m2・ｓ と理論値（1.1×105kg/m2・ｓ）より約20倍も高いとい
う欠点があった。このため従来の音響整合層は実質上音
響インピーダンスを整合する役割を果たし得ず、超音波
の発振効率の低い超音波トランスジューサしか得られな
いという問題点があった。
ロバルーンと樹脂との単なる混合物であるため、樹脂の
粘性等の物理的原因によりマイクロバルーンの樹脂への
充填比率が20〜30％のものしか得られず、その固有音響
インピーダンスρLCLも、 ρLCL＝２〜５×106kg/m2・ｓ と理論値（1.1×105kg/m2・ｓ）より約20倍も高いとい
う欠点があった。このため従来の音響整合層は実質上音
響インピーダンスを整合する役割を果たし得ず、超音波
の発振効率の低い超音波トランスジューサしか得られな
いという問題点があった。
本発明は従来のこのような問題点に鑑み、音響整合層
の製造方法を改善して理論値に近い音響整合層を製造で
きる新規製造方法を提供することを目的とする。
の製造方法を改善して理論値に近い音響整合層を製造で
きる新規製造方法を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の空中超音波トラン
スジューサの製造方法は、多数のマイクロバルーンと樹
脂とを遠心分離器に供給して、上記マイクロバルーンが
高充填された第１の樹脂層と該第１の樹脂層より比重の
重い第２の樹脂層とに分離し、上記第１の樹脂層を音響
整合層として圧電素子上に載置することを要旨としてい
る。
スジューサの製造方法は、多数のマイクロバルーンと樹
脂とを遠心分離器に供給して、上記マイクロバルーンが
高充填された第１の樹脂層と該第１の樹脂層より比重の
重い第２の樹脂層とに分離し、上記第１の樹脂層を音響
整合層として圧電素子上に載置することを要旨としてい
る。
作用 上記製造方法によれば、多数のマイクロバルーンと樹
脂とを遠心分離器に入れて該遠心分離器を駆動すると、
比重の軽いマイクロバルーンは内周側に集合すると共に
比重の重い樹脂は遠心力により弾き飛ばされ外周側に集
合する。そして所定時間経過後、上記遠心分離器を停止
すると、マイクロバルーンの外周及び間隙に樹脂が付着
してなる第１の樹脂層と樹脂のみからなる第２の樹脂層
とが形成される。この第１の樹脂層はマイクロバルーン
が高充填されているので樹脂密度の低いものとなり、従
って該第１の樹脂層を降下させて音響整合層とし、圧電
素子に載置すると、該音響整合層は固有音響インピーダ
ンスの小さい理論値に近いものであるから、該空中超音
波トランスジューサの送受感度も良好なものとなる。
脂とを遠心分離器に入れて該遠心分離器を駆動すると、
比重の軽いマイクロバルーンは内周側に集合すると共に
比重の重い樹脂は遠心力により弾き飛ばされ外周側に集
合する。そして所定時間経過後、上記遠心分離器を停止
すると、マイクロバルーンの外周及び間隙に樹脂が付着
してなる第１の樹脂層と樹脂のみからなる第２の樹脂層
とが形成される。この第１の樹脂層はマイクロバルーン
が高充填されているので樹脂密度の低いものとなり、従
って該第１の樹脂層を降下させて音響整合層とし、圧電
素子に載置すると、該音響整合層は固有音響インピーダ
ンスの小さい理論値に近いものであるから、該空中超音
波トランスジューサの送受感度も良好なものとなる。
実 施 例 以下、図示の実施例に基づき本発明を詳説する。第１
図（イ）〜（ハ）は本発明の一実施例としての音響整合
層の製造方法を示す図である。すなわち、同図（イ）に
示す如く、まずウレタン，エポキシ，シリコン等からな
る溶融樹脂４とガラス，樹脂等で形成された多数のマイ
クロバルーン５……とをアクリル，テフロン，金属等で
形成された容器３に混入する。該樹脂４とマイクロバル
ーン５……は予め所定の割合で調合されたものを使用
し、本実施例ではその混合比は従来と同様マイクロバル
ーン５……の充填率が20％のものを使用した。
図（イ）〜（ハ）は本発明の一実施例としての音響整合
層の製造方法を示す図である。すなわち、同図（イ）に
示す如く、まずウレタン，エポキシ，シリコン等からな
る溶融樹脂４とガラス，樹脂等で形成された多数のマイ
クロバルーン５……とをアクリル，テフロン，金属等で
形成された容器３に混入する。該樹脂４とマイクロバル
ーン５……は予め所定の割合で調合されたものを使用
し、本実施例ではその混合比は従来と同様マイクロバル
ーン５……の充填率が20％のものを使用した。
該樹脂４はその密度ρ０が約１×103kg/m3の値を有す
る一方、該マイクロバルーン５……は、第２図に示す如
く、粒径Ｄが10〜200μm,肉厚Ｔが１〜３μｍの中空状
とされ、その密度ρ１が0.1〜0.4×103kg/m3に保持され
てなる。尚、該マイクロバルーン５……の内部は真空状
としてもよく、低密度のガスを充満させてもよい。
る一方、該マイクロバルーン５……は、第２図に示す如
く、粒径Ｄが10〜200μm,肉厚Ｔが１〜３μｍの中空状
とされ、その密度ρ１が0.1〜0.4×103kg/m3に保持され
てなる。尚、該マイクロバルーン５……の内部は真空状
としてもよく、低密度のガスを充満させてもよい。
次いで、上記容器３を施蓋して後、適宜な手段でもっ
て該容器３を遠心分離器６に固定する。そして、同図
（ロ）に示す如く、該遠心分離器６を駆動させて容器３
を矢印Ａ方向に回転させると、上記マイクロバルーン５
……と上記樹脂４の比重差によって、マイクロバルーン
５……を主成分とする第１の樹脂層８と樹脂のみからな
る第２の樹脂層９とに分離される。すなわち、比重の軽
いマイクロバルーン５……は内周側に集合すると共に比
重の重い樹脂４は遠心力により弾き飛ばされて外周側に
集合し、上記マイクロバルーン５……を主成分とする第
１の樹脂層８と上記樹脂４のみからなる第２の樹脂層９
とに分離されるのである。次いで所定時間経過して完全
に分離された状態になって後、該遠心分離器６を停止
し、上記容器３を遠心分離器６から取り出すと、同図
（ハ）に示す如く、比重の重い樹脂４のみからなる第２
の樹脂層９が容器３の下部に形成されると共に、該第２
の樹脂層９上にはマイクロバルーン５……の周囲及び間
隙に樹脂４が付着してなる第１の樹脂層８が形成され
る。このようにして形成された上記第１の樹脂層８は比
重の軽いマイクロバルーン５……が高充填され（充填率
70〜80％）、低密度のものとなる。すなわち、上記遠心
分離器６にかけることにより、比重差によって第１の樹
脂層９と第２の樹脂層９に分離され、マイクロバルーン
５……の充填率20％（第１図（イ）の状態）であったも
のからマイクロバルーン５……の充填率が70〜80％と低
密度化された第１の樹脂層８を得ることができる。そし
て該第１の樹脂層８を取り出し、加熱したのち冷却して
硬化させ、該第１の樹脂層８を音響整合層２として圧電
素子１に載置することにより、固有音響インピーダンス
ρLCLの小さい音響整合層２を備えた空中超音波トラン
スジューサが製造される（第３図参照）。
て該容器３を遠心分離器６に固定する。そして、同図
（ロ）に示す如く、該遠心分離器６を駆動させて容器３
を矢印Ａ方向に回転させると、上記マイクロバルーン５
……と上記樹脂４の比重差によって、マイクロバルーン
５……を主成分とする第１の樹脂層８と樹脂のみからな
る第２の樹脂層９とに分離される。すなわち、比重の軽
いマイクロバルーン５……は内周側に集合すると共に比
重の重い樹脂４は遠心力により弾き飛ばされて外周側に
集合し、上記マイクロバルーン５……を主成分とする第
１の樹脂層８と上記樹脂４のみからなる第２の樹脂層９
とに分離されるのである。次いで所定時間経過して完全
に分離された状態になって後、該遠心分離器６を停止
し、上記容器３を遠心分離器６から取り出すと、同図
（ハ）に示す如く、比重の重い樹脂４のみからなる第２
の樹脂層９が容器３の下部に形成されると共に、該第２
の樹脂層９上にはマイクロバルーン５……の周囲及び間
隙に樹脂４が付着してなる第１の樹脂層８が形成され
る。このようにして形成された上記第１の樹脂層８は比
重の軽いマイクロバルーン５……が高充填され（充填率
70〜80％）、低密度のものとなる。すなわち、上記遠心
分離器６にかけることにより、比重差によって第１の樹
脂層９と第２の樹脂層９に分離され、マイクロバルーン
５……の充填率20％（第１図（イ）の状態）であったも
のからマイクロバルーン５……の充填率が70〜80％と低
密度化された第１の樹脂層８を得ることができる。そし
て該第１の樹脂層８を取り出し、加熱したのち冷却して
硬化させ、該第１の樹脂層８を音響整合層２として圧電
素子１に載置することにより、固有音響インピーダンス
ρLCLの小さい音響整合層２を備えた空中超音波トラン
スジューサが製造される（第３図参照）。
第１表はマイクロバルーンの密度ρ１を0.2×103kg/m
3,樹脂の密度ρ０を１×103kg/m3,縦波伝播速度CLを2.5
×103m/sとした場合の音響整合層２の固有音響インピー
ダンスρLCLを従来例と共に示したものである。尚、音
響整合層２の密度ρＬは次のように表される。
3,樹脂の密度ρ０を１×103kg/m3,縦波伝播速度CLを2.5
×103m/sとした場合の音響整合層２の固有音響インピー
ダンスρLCLを従来例と共に示したものである。尚、音
響整合層２の密度ρＬは次のように表される。
ρＬ＝ρ０ρ1/｛（１−Ｘ）ρ１＋Ｘρ０｝ ここで、 X:マイクロバルーンの重量充填比率（wt％） このように本発明の方法で製造された音響整合層２は
固有音響インピーダンスρLCLがその理論値1.1×105kg/
m2・ｓに近づく。従って該音響整合層２を備えた空中超
音波トランスジューサは、超音波の発射効率が良くなっ
て送受感度が良好となり、S/N比も改善され、誤動作を
生じる虞が少なくなり、車高センサ等のセンサに好適し
たものとなる。
固有音響インピーダンスρLCLがその理論値1.1×105kg/
m2・ｓに近づく。従って該音響整合層２を備えた空中超
音波トランスジューサは、超音波の発射効率が良くなっ
て送受感度が良好となり、S/N比も改善され、誤動作を
生じる虞が少なくなり、車高センサ等のセンサに好適し
たものとなる。
発明の効果 以上詳述したように本発明の製造方法によれば、多数
のマイクロバルーンと樹脂とを遠心分離器に混入して該
遠心分離器を駆動し、上記マイクロバルーンが高充填さ
れた第１の樹脂層と比重の重い第２の樹脂層とに分離し
たので、該第１の樹脂層は、マイクロバルーンの充填率
が70〜80％と充填率された低密度のものとなる。さらに
このようにして製造された第１の樹脂層を音響整合層と
して圧電素子に載置したので、該音響整合層は固有音響
インピーダンスが小さく理論値（1.1×105kg/m2.s）に
近いものとなる。したがって該音響整合層を具備した該
空中超音波トランスジューサは、超音波を空中に向けて
効率良く発射でき、送受感度が従来に比し良好となり、
S/N比も改善され、誤動作をすることも少なくなる。さ
らに該空中超音波トランスジューサの発する振動モード
も所謂「ピストン振動」に近づき、指向性がシャープに
なるという効果がある。
のマイクロバルーンと樹脂とを遠心分離器に混入して該
遠心分離器を駆動し、上記マイクロバルーンが高充填さ
れた第１の樹脂層と比重の重い第２の樹脂層とに分離し
たので、該第１の樹脂層は、マイクロバルーンの充填率
が70〜80％と充填率された低密度のものとなる。さらに
このようにして製造された第１の樹脂層を音響整合層と
して圧電素子に載置したので、該音響整合層は固有音響
インピーダンスが小さく理論値（1.1×105kg/m2.s）に
近いものとなる。したがって該音響整合層を具備した該
空中超音波トランスジューサは、超音波を空中に向けて
効率良く発射でき、送受感度が従来に比し良好となり、
S/N比も改善され、誤動作をすることも少なくなる。さ
らに該空中超音波トランスジューサの発する振動モード
も所謂「ピストン振動」に近づき、指向性がシャープに
なるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例としての音響整合層の製造方
法を説明する説明図、第２図はマイクロバルーンの断面
図、第３図は空中超音波トランスジューサの断面図であ
る。 １……圧電素子、２……音響整合層、４……樹脂、５…
…マイクロバルーン、６……遠心分離器、８……第１の
樹脂層、９……第２の樹脂層。
法を説明する説明図、第２図はマイクロバルーンの断面
図、第３図は空中超音波トランスジューサの断面図であ
る。 １……圧電素子、２……音響整合層、４……樹脂、５…
…マイクロバルーン、６……遠心分離器、８……第１の
樹脂層、９……第２の樹脂層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−208200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−12822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−39170（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】多数のマイクロバルーンと樹脂とを遠心分
離器に供給して、上記マイクロバルーンが高充填された
第１の樹脂層と、この第１の樹脂層より比重の重い第２
の樹脂層とに分離する工程と、 上記第１の樹脂層を取り出す工程と、 上記第１の樹脂層を加熱したのち冷却して硬化させる工
程と、 この第１の樹脂層を音響整合層として圧電素子上に載置
する工程と を有することを特徴とする空中超音波トランジューサの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61250399A JP2634161B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 空中超音波トランスジユーサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61250399A JP2634161B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 空中超音波トランスジユーサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103994A JPS63103994A (ja) | 1988-05-09 |
| JP2634161B2 true JP2634161B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=17207335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61250399A Expired - Lifetime JP2634161B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 空中超音波トランスジユーサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2634161B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023112439A1 (ja) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | 株式会社レゾナック | 成形材料、音響整合部材、及び超音波センサ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5412822A (en) * | 1977-06-30 | 1979-01-30 | Pioneer Electronic Corp | Acoustic member fiber reinforced plastic and vibrator |
| JPS60208200A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波送受波器 |
-
1986
- 1986-10-20 JP JP61250399A patent/JP2634161B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63103994A (ja) | 1988-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |