JP2798501B2 - 音波又は超音波変換器 - Google Patents
音波又は超音波変換器Info
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0655—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of cylindrical shape
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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Description
本発明は、励起されて半径方向振動を生ぜしめる円形
のピエゾラセラミックディスクと、ピエゾセラミックデ
ィスクを取り囲む金属リングとを有する、音波又は超音
波変換器に関する。
のピエゾラセラミックディスクと、ピエゾセラミックデ
ィスクを取り囲む金属リングとを有する、音波又は超音
波変換器に関する。
励起されて半径方向振動を生ぜしめるピエゾセラミッ
クディスクを有する音波又は超音波変換器においては、
作動周波数は通常、ピエゾラセラミックディスクの寸法
によって規定されたピエゾセラミックディスクの半径方
向共振周波数である。ピエゾセラミックディスクの直径
は、発生する放射音波の開放角の基準となる音波放射面
の大きさをも規定する。冒険に述べた形式の公知の超音
波変換器（西ドイツ国特許第2541492号明細書）におい
ては、所定寸法のピエゾセラミックディスクの場合に開
放角を減少させるために、ピエゾセラミックディスクの
一方の端面に調整層として用いられる発泡材から成るプ
レートが接着されていて、このプレートはピエゾセラミ
ックディスクよりも著しく大きな面寸法を有している。
発泡材から成るプレートの突出範囲はピエゾセラミック
ディスクを取り囲む、加重リングとして用いられる金属
リングに結合されていて、これによって、加重リングと
ピエゾセラミックディスクとの間の制限面は超音波変換
器の作動時にほぼ定置である節面を成す。これによっ
て、調整層の自由端面はその大きさ全体に亘ってほぼ同
位相で振動する。金属リングが加重リングの前記作用を
生ぜしめるようにするためには、金属リングはピエゾセ
ラミックディスクに接触してはならない。上記公知の超
音波変換器においては音波放射面はピエゾセラミックデ
ィスクの面積に比して拡大されるけれども、作動周波数
はピエゾセラミックディスクの直径によって規定され
る。作動周波数は大きなピエゾセラミックディスクを使
用することによって減少されるに過ぎない。
クディスクを有する音波又は超音波変換器においては、
作動周波数は通常、ピエゾラセラミックディスクの寸法
によって規定されたピエゾセラミックディスクの半径方
向共振周波数である。ピエゾセラミックディスクの直径
は、発生する放射音波の開放角の基準となる音波放射面
の大きさをも規定する。冒険に述べた形式の公知の超音
波変換器（西ドイツ国特許第2541492号明細書）におい
ては、所定寸法のピエゾセラミックディスクの場合に開
放角を減少させるために、ピエゾセラミックディスクの
一方の端面に調整層として用いられる発泡材から成るプ
レートが接着されていて、このプレートはピエゾセラミ
ックディスクよりも著しく大きな面寸法を有している。
発泡材から成るプレートの突出範囲はピエゾセラミック
ディスクを取り囲む、加重リングとして用いられる金属
リングに結合されていて、これによって、加重リングと
ピエゾセラミックディスクとの間の制限面は超音波変換
器の作動時にほぼ定置である節面を成す。これによっ
て、調整層の自由端面はその大きさ全体に亘ってほぼ同
位相で振動する。金属リングが加重リングの前記作用を
生ぜしめるようにするためには、金属リングはピエゾセ
ラミックディスクに接触してはならない。上記公知の超
音波変換器においては音波放射面はピエゾセラミックデ
ィスクの面積に比して拡大されるけれども、作動周波数
はピエゾセラミックディスクの直径によって規定され
る。作動周波数は大きなピエゾセラミックディスクを使
用することによって減少されるに過ぎない。
本発明の課題は、所定寸法のピエゾセラミックディス
クにおいて作動周波数がピエゾセラミックディスクの半
径方向共振周波数に比して減少されるように、冒頭に述
べた形式の音波又は超音波変換器を改良することにあ
る。 前記課題は本発明によれば、金属リングがピエゾセラ
ミックディスクと共に半径方向振動体を成すように、金
属リングがピエゾセラミックディスクの周面を不動に、
つまり、互いに形状を適合してしかも摩擦力により結合
されるように、取り囲んでいることによって、解決され
た。 本発明の音波又は超音波変換器においては、半径方向
振動を生ぜしめるために金属リングがピエゾセラミック
ディスクに不動に連結されるので、これら両構成部材は
半径方向振動で共通に振動する質量・ばねエレメントを
成す。このように形成された半径方向振動体の全面は放
射面として作用し、この放射面はほぼガウスの振幅分布
で完全に同位相で振動するので、障害副ローブなしの放
射音波の小さな開放角が得られる。しかしながら、前記
半径方向振動体の半径方向共振周波数はピエゾセラミッ
クディスクの半径方向共振周波数よりも低い。つまり、
半径方向共振周波数は金属リングの寸法に関連してい
る。従って、金属リングを適当に設計することによって
同じピエゾセラミックディスクを使用して異なる作動周
波数を有する音波又は超音波変換器を製作することがで
きる。 有利には金属リングは焼き嵌めによってピエゾセラミ
ックディスクに結合されている。 通常、ピエゾセラミックディスク及び金属リングによ
って形成された半径方向振動体の一方の端面には調整層
が設けられる。
クにおいて作動周波数がピエゾセラミックディスクの半
径方向共振周波数に比して減少されるように、冒頭に述
べた形式の音波又は超音波変換器を改良することにあ
る。 前記課題は本発明によれば、金属リングがピエゾセラ
ミックディスクと共に半径方向振動体を成すように、金
属リングがピエゾセラミックディスクの周面を不動に、
つまり、互いに形状を適合してしかも摩擦力により結合
されるように、取り囲んでいることによって、解決され
た。 本発明の音波又は超音波変換器においては、半径方向
振動を生ぜしめるために金属リングがピエゾセラミック
ディスクに不動に連結されるので、これら両構成部材は
半径方向振動で共通に振動する質量・ばねエレメントを
成す。このように形成された半径方向振動体の全面は放
射面として作用し、この放射面はほぼガウスの振幅分布
で完全に同位相で振動するので、障害副ローブなしの放
射音波の小さな開放角が得られる。しかしながら、前記
半径方向振動体の半径方向共振周波数はピエゾセラミッ
クディスクの半径方向共振周波数よりも低い。つまり、
半径方向共振周波数は金属リングの寸法に関連してい
る。従って、金属リングを適当に設計することによって
同じピエゾセラミックディスクを使用して異なる作動周
波数を有する音波又は超音波変換器を製作することがで
きる。 有利には金属リングは焼き嵌めによってピエゾセラミ
ックディスクに結合されている。 通常、ピエゾセラミックディスク及び金属リングによ
って形成された半径方向振動体の一方の端面には調整層
が設けられる。
第１図は、本発明による音波又は超音波変換器の断面
図、第２図は、第１図の音波又は超音波変換器の放射面
に亘る振幅分布のダイヤグラム、第３図は、第１図の音
波又は超音波変換器のピエゾセラミックディスクの周波
数特性曲線を示す図、第４図は、第１図の音波又は超音
波変換器全体の周波数特性曲線を示す図である。
図、第２図は、第１図の音波又は超音波変換器の放射面
に亘る振幅分布のダイヤグラム、第３図は、第１図の音
波又は超音波変換器のピエゾセラミックディスクの周波
数特性曲線を示す図、第４図は、第１図の音波又は超音
波変換器全体の周波数特性曲線を示す図である。
第１図で図示の音波又は超音波変換器は円形のピエゾ
セラミックディスク10を有していて、このピエゾセラミ
ックディスク10の両端面には金属電極12,14が設けられ
ている。更にピエゾセラミックディスク10は金属リング
16によって取り囲まれていて、この金属リング16はピエ
ゾセラミックディスク10の周面に不動に、つまり、互い
に形状を適合してしかも摩擦力により結合されている。
金属リング16はピエゾセラミックディスク10に例えば焼
き嵌めによって結合でき、即ち、金属リング16は加熱状
態でピエゾセラミックディスク10の周りに設置されかつ
冷却状態でピエゾセラミックディスク10を不動に取り囲
む。金属リング16は例えばアルミニウムから形成され
る。 金属電極12,14に交番電圧がかけられた場合には、ピ
エゾセラミックディスク10は励起されて半径方向振動を
生ぜしめる。金属リング16との密な連結に基づき半径方
向振動は金属リング16に伝達され、従って、構造体全体
は単一の半径方向振動体のように挙動する。厚さが発生
する音波又は超音波の四分の一波長に相応する、ピエゾ
セラミックディスク10及び金属リング16の一方の端面に
設けられた調整層18によって、発生する音波又は超音波
はほぼこの端面側でのみ放射されるようになる。 第２図では、ピエゾセラミックディスク10及び金属リ
ング16から成る半径方向振動体の全面に亘る振動の振幅
分布を図示している。振幅分布は所望のガウス分布に著
しく相応している。振動は全面に亘って同位相であるの
で、障害副ローブなしのビーム特性ダイヤグラムが得ら
れ、このビーム特性ダイヤグラムの開放角は半径方向振
動体の全面によって規定される。 第３図では、ピエゾセラミックディスク10の周波数特
性曲線が図示されていて、この場合、半径方向共振周波
数は記号fRで示されている。第４図では同じ縮尺で、ピ
エゾセラミックディスク10及び金属リング16から成る半
径方向振動体の周波数特性曲線が図示されている。この
場合、半径方向振動体はほぼピエゾセラミックディスク
10と同じ周波数特性を有するが、半径方向共振周波数は
著しく低い。つまり、半径方向共振周波数はピエゾセラ
ミックディスク10の半径方向共振周波数と金属リング16
の半径方向共振周波数との間に位置する。従って、金属
リング16を適当に設計することによって、同じピエゾセ
ラミックディスク10を使用して所望の低い半径方向共振
周波数を得ることができる。 第２図、第３図及び第４図のダイヤグラムから明らか
なように、ピエゾセラミックディスク10及び金属リング
16から成る半径方向振動体は振幅分布、位相分布及び周
波数に関し、ピエゾセラミックディスク10よりも大きな
直径を有するピエゾセラミックディスクのように挙動す
る。
セラミックディスク10を有していて、このピエゾセラミ
ックディスク10の両端面には金属電極12,14が設けられ
ている。更にピエゾセラミックディスク10は金属リング
16によって取り囲まれていて、この金属リング16はピエ
ゾセラミックディスク10の周面に不動に、つまり、互い
に形状を適合してしかも摩擦力により結合されている。
金属リング16はピエゾセラミックディスク10に例えば焼
き嵌めによって結合でき、即ち、金属リング16は加熱状
態でピエゾセラミックディスク10の周りに設置されかつ
冷却状態でピエゾセラミックディスク10を不動に取り囲
む。金属リング16は例えばアルミニウムから形成され
る。 金属電極12,14に交番電圧がかけられた場合には、ピ
エゾセラミックディスク10は励起されて半径方向振動を
生ぜしめる。金属リング16との密な連結に基づき半径方
向振動は金属リング16に伝達され、従って、構造体全体
は単一の半径方向振動体のように挙動する。厚さが発生
する音波又は超音波の四分の一波長に相応する、ピエゾ
セラミックディスク10及び金属リング16の一方の端面に
設けられた調整層18によって、発生する音波又は超音波
はほぼこの端面側でのみ放射されるようになる。 第２図では、ピエゾセラミックディスク10及び金属リ
ング16から成る半径方向振動体の全面に亘る振動の振幅
分布を図示している。振幅分布は所望のガウス分布に著
しく相応している。振動は全面に亘って同位相であるの
で、障害副ローブなしのビーム特性ダイヤグラムが得ら
れ、このビーム特性ダイヤグラムの開放角は半径方向振
動体の全面によって規定される。 第３図では、ピエゾセラミックディスク10の周波数特
性曲線が図示されていて、この場合、半径方向共振周波
数は記号fRで示されている。第４図では同じ縮尺で、ピ
エゾセラミックディスク10及び金属リング16から成る半
径方向振動体の周波数特性曲線が図示されている。この
場合、半径方向振動体はほぼピエゾセラミックディスク
10と同じ周波数特性を有するが、半径方向共振周波数は
著しく低い。つまり、半径方向共振周波数はピエゾセラ
ミックディスク10の半径方向共振周波数と金属リング16
の半径方向共振周波数との間に位置する。従って、金属
リング16を適当に設計することによって、同じピエゾセ
ラミックディスク10を使用して所望の低い半径方向共振
周波数を得ることができる。 第２図、第３図及び第４図のダイヤグラムから明らか
なように、ピエゾセラミックディスク10及び金属リング
16から成る半径方向振動体は振幅分布、位相分布及び周
波数に関し、ピエゾセラミックディスク10よりも大きな
直径を有するピエゾセラミックディスクのように挙動す
る。
Claims (4)
- 【請求項１】励起されて半径方向振動を生ぜしめる円形
のピエゾセラミックディスクと、ピエゾセラミックディ
スクを取り囲む金属リングとを有する、音波又は超音波
変換器において、金属リングがピエゾセラミックディス
クと共に半径方向振動体を成すように、金属リングがピ
エゾセラミックディスクの周面を不動に取り囲んでいる
ことを特徴とする、音波又は超音波変換器。 - 【請求項２】金属リングが焼き嵌めによってピエゾセラ
ミックディスクに結合されている、請求項１記載の音波
又は超音波変換器。 - 【請求項３】金属リングがアルミニウムから形成されて
いる、請求項１又は２記載の音波又は超音波変換器。 - 【請求項４】ピエゾセラミックディスク及び金属リング
によって形成された半径方向振動体の一方の端面に調整
層が設けられている、請求項１から３までのいずれか１
項記載の音波又は超音波変換器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4233256A DE4233256C1 (de) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Schall- oder Ultraschallwandler |
| DE4233256.7 | 1992-10-02 | ||
| PCT/EP1993/002605 WO1994007615A1 (de) | 1992-10-02 | 1993-09-24 | Schall- oder ultraschallwandler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06511131A JPH06511131A (ja) | 1994-12-08 |
| JP2798501B2 true JP2798501B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=6469538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6508675A Expired - Fee Related JP2798501B2 (ja) | 1992-10-02 | 1993-09-24 | 音波又は超音波変換器 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5583293A (ja) |
| EP (1) | EP0615471B1 (ja) |
| JP (1) | JP2798501B2 (ja) |
| AU (1) | AU664645B2 (ja) |
| CA (1) | CA2124952C (ja) |
| DE (1) | DE4233256C1 (ja) |
| DK (1) | DK0615471T3 (ja) |
| ES (1) | ES2075778T3 (ja) |
| WO (1) | WO1994007615A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA937293B (ja) |
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| DE19623071C2 (de) * | 1996-06-10 | 1998-07-09 | Siemens Ag | Ultraschallwandler |
| WO1998020366A1 (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-14 | American Science And Engineering, Inc. | Coded aperture x-ray imaging system |
| US6113546A (en) * | 1998-07-31 | 2000-09-05 | Scimed Life Systems, Inc. | Off-aperture electrical connection for ultrasonic transducer |
| US6406433B1 (en) | 1999-07-21 | 2002-06-18 | Scimed Life Systems, Inc. | Off-aperture electrical connect transducer and methods of making |
| DE10344741A1 (de) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Schall- oder Ultraschallwandler |
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| US7460435B2 (en) * | 2004-01-08 | 2008-12-02 | Schlumberger Technology Corporation | Acoustic transducers for tubulars |
| US7367392B2 (en) * | 2004-01-08 | 2008-05-06 | Schlumberger Technology Corporation | Wellbore apparatus with sliding shields |
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| US9590534B1 (en) | 2006-12-07 | 2017-03-07 | Dmitriy Yavid | Generator employing piezoelectric and resonating elements |
| US10355623B1 (en) | 2006-12-07 | 2019-07-16 | Dmitriy Yavid | Generator employing piezolectric and resonating elements with synchronized heat delivery |
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|---|---|---|---|---|
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| US2808524A (en) * | 1952-03-20 | 1957-10-01 | Sylvania Electric Prod | Inertia responsive electro-mechanical transducer |
| US3360665A (en) * | 1965-04-15 | 1967-12-26 | Clevite Corp | Prestressed piezoelectric transducer |
| NL6617756A (ja) * | 1966-12-17 | 1968-06-18 | ||
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| US4433399A (en) * | 1979-07-05 | 1984-02-21 | The Stoneleigh Trust | Ultrasonic transducers |
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| AU544464B2 (en) * | 1982-12-27 | 1985-05-30 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Ultrasonic transducer |
| US4868446A (en) * | 1987-01-22 | 1989-09-19 | Hitachi Maxell, Ltd. | Piezoelectric revolving resonator and ultrasonic motor |
| DE4028315A1 (de) * | 1990-09-06 | 1992-03-12 | Siemens Ag | Ultraschallwandler fuer die laufzeitmessung von ultraschall-impulsen in einem gas |
| JPH0567819A (ja) * | 1991-09-10 | 1993-03-19 | Nec Corp | 圧電セラミツクトランス |
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1992
- 1992-10-02 DE DE4233256A patent/DE4233256C1/de not_active Expired - Fee Related
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1993
- 1993-09-24 EP EP93920823A patent/EP0615471B1/de not_active Expired - Lifetime
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- 1993-10-01 ZA ZA937293A patent/ZA937293B/xx unknown
Also Published As
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| CA2124952C (en) | 1998-04-28 |
| EP0615471A1 (de) | 1994-09-21 |
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