JP3345844B2 - 超音波送受波器 - Google Patents
超音波送受波器Info
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- JP3345844B2 JP3345844B2 JP32101193A JP32101193A JP3345844B2 JP 3345844 B2 JP3345844 B2 JP 3345844B2 JP 32101193 A JP32101193 A JP 32101193A JP 32101193 A JP32101193 A JP 32101193A JP 3345844 B2 JP3345844 B2 JP 3345844B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空中に超音波を放射し
たり、逆に空中に放射された超音波を受波する機能を備
える超音波送受波器に関するものである。
たり、逆に空中に放射された超音波を受波する機能を備
える超音波送受波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の音響整合層を備える超音波送受波
器は、感度を優先していた。しかし最近は、超音波送受
波器の送受波面から近接した被検出物の検知に適用され
る近距離タイプの超音波送受波器の需要が増してきた。
そして、このような用途にあって、距離測定時の測定誤
差として最も問題となるのが、送波信号の残響波と受波
信号の干渉である。したがって、近接距離にあっては、
残響特性によって、その信頼性が定まってくることとな
り、通常、かかる用途では受波信号と残響電圧の比が1/
10〜1/100 (20dB 〜40dB）のものが求められている。
器は、感度を優先していた。しかし最近は、超音波送受
波器の送受波面から近接した被検出物の検知に適用され
る近距離タイプの超音波送受波器の需要が増してきた。
そして、このような用途にあって、距離測定時の測定誤
差として最も問題となるのが、送波信号の残響波と受波
信号の干渉である。したがって、近接距離にあっては、
残響特性によって、その信頼性が定まってくることとな
り、通常、かかる用途では受波信号と残響電圧の比が1/
10〜1/100 (20dB 〜40dB）のものが求められている。
【０００３】ところで、この残響特性がさらに改善され
れば、超音波式近接スイッチ用としては、より近くから
の物体検知が可能になり、従来の静電，電磁方式の近接
スイッチの弱点である数ｃｍ先の物体検知も可能とな
る。また、超音波の伝播時間を用いて、音速，温度測定
を行うセンサーでは残響の問題で、小型化が困難であっ
たが、残響特性が向上することにより、この問題につい
ても、改善が行い得ることとなる。
れば、超音波式近接スイッチ用としては、より近くから
の物体検知が可能になり、従来の静電，電磁方式の近接
スイッチの弱点である数ｃｍ先の物体検知も可能とな
る。また、超音波の伝播時間を用いて、音速，温度測定
を行うセンサーでは残響の問題で、小型化が困難であっ
たが、残響特性が向上することにより、この問題につい
ても、改善が行い得ることとなる。
【０００４】そして、これに対応して、図７で示すよう
に、有底筒状ケースｂからなる音響整合層の、その底部
上に表裏面に電極層を形成された圧電素子板ｃを接合
し、該ケースｂ内にダンピング層ｄを埋入した構成の超
音波送受波器ａが提案された。
に、有底筒状ケースｂからなる音響整合層の、その底部
上に表裏面に電極層を形成された圧電素子板ｃを接合
し、該ケースｂ内にダンピング層ｄを埋入した構成の超
音波送受波器ａが提案された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の構成
にあって、その特性を試験すると、残響特性の改善が必
ずしも十分ではないことが判明した。
にあって、その特性を試験すると、残響特性の改善が必
ずしも十分ではないことが判明した。
【０００６】本発明は、残響特性を更に改善し得る構成
を備えた超音波送受波器の提供を目的とするものであ
る。
を備えた超音波送受波器の提供を目的とするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、音響整合板の
上面に、該音響整合板と同一平面形状の、表裏面に電極
層が形成された圧電素子板を整一状に接合し、その接合
体によりダンピング成形層を担持するとともに、接合体
上に担持されるダンピング成形層を、該接合体の周縁を
囲繞する外径として、接合体をダンピング成形層に埋入
するようにし、かつ音響整合板の下面のみを露出するよ
うにしたことを特徴とするものである。
上面に、該音響整合板と同一平面形状の、表裏面に電極
層が形成された圧電素子板を整一状に接合し、その接合
体によりダンピング成形層を担持するとともに、接合体
上に担持されるダンピング成形層を、該接合体の周縁を
囲繞する外径として、接合体をダンピング成形層に埋入
するようにし、かつ音響整合板の下面のみを露出するよ
うにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
【０００９】
【作用】図７の構成に比して、本発明は音響整合層の周
壁がない。そして、この周壁がないために、残響特性の
向上が確認された。さらに、音響整合板の上面に、該音
響整合板と同一平面形状の圧電素子板を整一状に接合し
た構成とし、前記圧電素子板の下面にのみ音響整合層を
配設するとともに、接合体上に担持されるダンピング成
形層により該接合体の周縁を囲繞するようにしたため、
周面を露出した形態（図１参照）に比して、さらに受波
感度が優れ、残響時間が少ない。
壁がない。そして、この周壁がないために、残響特性の
向上が確認された。さらに、音響整合板の上面に、該音
響整合板と同一平面形状の圧電素子板を整一状に接合し
た構成とし、前記圧電素子板の下面にのみ音響整合層を
配設するとともに、接合体上に担持されるダンピング成
形層により該接合体の周縁を囲繞するようにしたため、
周面を露出した形態（図１参照）に比して、さらに受波
感度が優れ、残響時間が少ない。
【００１０】
【実施例】添付図面について本発明を説明する。
【００１１】図１は、比較例を示すものである。
【００１２】この構成の超音波送受波器１ａにあって、
円板状の音響整合板２ａの上面には表裏面に電極層４
ａ，４ｂが形成された円板状圧電素子板３が接合されて
いる。この音響整合板２ａ側に位置する電極層４ａはそ
の電気的引き出し端を表面側に延出し、リード線５の導
線６ａ，６ｂを圧電素子板３の表面側で、電極層４ａ，
４ｂに接続し、前記圧電素子板３の電極層４ａ，４ｂに
電圧を印加すると共に、該電極層４ａ，４ｂ間に発生し
た信号電圧を取り出すようにしている。この構成にあっ
ては、前記圧電素子板３の外径は音響整合板２ａの外径
よりも小さくしている。
円板状の音響整合板２ａの上面には表裏面に電極層４
ａ，４ｂが形成された円板状圧電素子板３が接合されて
いる。この音響整合板２ａ側に位置する電極層４ａはそ
の電気的引き出し端を表面側に延出し、リード線５の導
線６ａ，６ｂを圧電素子板３の表面側で、電極層４ａ，
４ｂに接続し、前記圧電素子板３の電極層４ａ，４ｂに
電圧を印加すると共に、該電極層４ａ，４ｂ間に発生し
た信号電圧を取り出すようにしている。この構成にあっ
ては、前記圧電素子板３の外径は音響整合板２ａの外径
よりも小さくしている。
【００１３】さらに前記音響整合板２ａ，圧電素子板３
からなる接合体上にダンピング成形層７を担持して、前
記圧電素子板３を覆い、かつリード線５を引き出してい
る。そして、前記音響整合板２ａの下面を露出して超音
波送受波面ｆとしている。
からなる接合体上にダンピング成形層７を担持して、前
記圧電素子板３を覆い、かつリード線５を引き出してい
る。そして、前記音響整合板２ａの下面を露出して超音
波送受波面ｆとしている。
【００１４】上述の構成にあって、音響整合板２ａは、
発泡性プラスチック材料，プラスチックに無数のガラス
バルーンを混合した材料などが用いられる。またダンピ
ング成形層７は、接合体上で、モールド成形により形成
されるものであり、室温硬化型シリコンゴム、ウレタン
樹脂などの、内部摩擦の大きな材料に、チタン酸鉛，チ
タン酸ジルコン酸鉛などのセラミック粉末、金属粉末な
どの比重の大きな粉末を混合してなる材料により成形さ
れる。
発泡性プラスチック材料，プラスチックに無数のガラス
バルーンを混合した材料などが用いられる。またダンピ
ング成形層７は、接合体上で、モールド成形により形成
されるものであり、室温硬化型シリコンゴム、ウレタン
樹脂などの、内部摩擦の大きな材料に、チタン酸鉛，チ
タン酸ジルコン酸鉛などのセラミック粉末、金属粉末な
どの比重の大きな粉末を混合してなる材料により成形さ
れる。
【００１５】このダンピング成形層７の効果は、音響イ
ンピーダンスが大きいほど、残響時間が短くなる。
ンピーダンスが大きいほど、残響時間が短くなる。
【００１６】ここで、図４は、音響インピーダンスと、
残響時間及び受波感度の関係を示す。この残響時間は図
５で示すように送波の立ち上り時から、周縁までの時間
を示し、受波感度は、受波の最大振幅を示す。
残響時間及び受波感度の関係を示す。この残響時間は図
５で示すように送波の立ち上り時から、周縁までの時間
を示し、受波感度は、受波の最大振幅を示す。
【００１７】図２は、本発明に係る実施例を示すもので
ある。
ある。
【００１８】この構成にあっても、音響整合板２ｂ，圧
電素子板３からなる接合体上にダンピング成形層７を担
持して、前記圧電素子板３を覆い、かつリード線５を引
き出している。そして、前記音響整合板２ｂの下面を露
出して超音波送受波面ｆとしている。この構成の超音波
送受波器１ｂにあって、円板状の音響整合板２ｂは、そ
の上面に接合される圧電素子板３と平面形状（外径）を
等しくしている。そして、この接合体上に担持されるダ
ンピング成形層７は、該接合体の周縁を囲繞する外径と
して、接合体をダンピング成形層に埋入するようにし、
かつ音響整合板２ｂをその周面も含めて覆うようにし、
音響整合板２ｂの下面のみを露出するようにしている。
その他、円板状圧電素子板３の構成及び配線構造、さら
には音響整合板２ｂ、ダンピング成形層７の材質は超音
波送受波器１ａと同様であり、上述の記載を援用する。
電素子板３からなる接合体上にダンピング成形層７を担
持して、前記圧電素子板３を覆い、かつリード線５を引
き出している。そして、前記音響整合板２ｂの下面を露
出して超音波送受波面ｆとしている。この構成の超音波
送受波器１ｂにあって、円板状の音響整合板２ｂは、そ
の上面に接合される圧電素子板３と平面形状（外径）を
等しくしている。そして、この接合体上に担持されるダ
ンピング成形層７は、該接合体の周縁を囲繞する外径と
して、接合体をダンピング成形層に埋入するようにし、
かつ音響整合板２ｂをその周面も含めて覆うようにし、
音響整合板２ｂの下面のみを露出するようにしている。
その他、円板状圧電素子板３の構成及び配線構造、さら
には音響整合板２ｂ、ダンピング成形層７の材質は超音
波送受波器１ａと同様であり、上述の記載を援用する。
【００１９】図３は、図７にかかる従来品と、図１にか
かる比較例と図２にかかる本発明品の感度特性と、受波
感度及び残響時間を比較したものである。
かる比較例と図２にかかる本発明品の感度特性と、受波
感度及び残響時間を比較したものである。
【００２０】ここで、図７で示すケースｂとして、エポ
キシ樹脂75重量部に直径50ミクロンのガラスバルーンを
25重量部混合した複合材料（音響インピーダンス1.5 ×
106Ns/m3 ）により肉厚Ｈ2 に成形したものを用い、図
１の音響整合板２ａとして、前記と同じ複合材料により
外径Ｄ3 10mm，厚みＨ4 2.2mm の円板状に成形したもの
を用い、図２の音響整合板２ｂとして、前記と同じ複合
材料により外径Ｄ5 8mm ，厚みＨ6 2.2mm の円板状に成
形したものを用いた。
キシ樹脂75重量部に直径50ミクロンのガラスバルーンを
25重量部混合した複合材料（音響インピーダンス1.5 ×
106Ns/m3 ）により肉厚Ｈ2 に成形したものを用い、図
１の音響整合板２ａとして、前記と同じ複合材料により
外径Ｄ3 10mm，厚みＨ4 2.2mm の円板状に成形したもの
を用い、図２の音響整合板２ｂとして、前記と同じ複合
材料により外径Ｄ5 8mm ，厚みＨ6 2.2mm の円板状に成
形したものを用いた。
【００２１】また図７のダンピング成形層ｄ及び図１，
図２のダンピング成形層７として、いずれもウレタン樹
脂25重量部に直径10ミクロンのチタン酸鉛粉末７５重量
部混合した複合材料（音響インピーダンス 3×106 Ns/m
3 ）を用い、図７の場合はケース内にそれを充填し、比
較例である図１の場合（図３の実施例１）は整合板の外
径Ｄ3 と同寸の10mm，高さＨ3 5.8mm に、本発明の図２
の場合（図３の実施例２）は外径Ｄ4 10mm，高さＨ5 7m
m になるようにモールド成形した。
図２のダンピング成形層７として、いずれもウレタン樹
脂25重量部に直径10ミクロンのチタン酸鉛粉末７５重量
部混合した複合材料（音響インピーダンス 3×106 Ns/m
3 ）を用い、図７の場合はケース内にそれを充填し、比
較例である図１の場合（図３の実施例１）は整合板の外
径Ｄ3 と同寸の10mm，高さＨ3 5.8mm に、本発明の図２
の場合（図３の実施例２）は外径Ｄ4 10mm，高さＨ5 7m
m になるようにモールド成形した。
【００２２】さらに図７，図１，図２において、圧電素
子ｃ，３はチタン酸ジルコン酸鉛より直径 8mm，厚み 1
mmの円板状に成形したものを用いた。
子ｃ，３はチタン酸ジルコン酸鉛より直径 8mm，厚み 1
mmの円板状に成形したものを用いた。
【００２３】尚、送受波感度特性の測定は図６に示す回
路装置を用いて行なった。
路装置を用いて行なった。
【００２４】この図３で理解されるように、上述の各構
成は、図７の従来構成（受波感度2.1Vpp，残響時間0.25
ms）に比して、受波感度及び残響時間のいずれも改善さ
れたことがわかる。また、図２の本発明品（実施例２）
の構成（受波感度4.1Vpp，残響時間0.10ms）にあって
は、図１の比較例（実施例１）の構成（受波感度3.1Vp
p，残響時間0.20ms）よりも更に改善されることがわか
った。
成は、図７の従来構成（受波感度2.1Vpp，残響時間0.25
ms）に比して、受波感度及び残響時間のいずれも改善さ
れたことがわかる。また、図２の本発明品（実施例２）
の構成（受波感度4.1Vpp，残響時間0.10ms）にあって
は、図１の比較例（実施例１）の構成（受波感度3.1Vp
p，残響時間0.20ms）よりも更に改善されることがわか
った。
【００２５】上記図１，２の構成にあって、腐食性のガ
ス雰囲気中で使用する場合には、ガスの接触面にポリイ
ミドなど耐候性の優れたフィルムを接着またはコーティ
ングする（膜厚100 μm ）ことで対応が可能となる。
ス雰囲気中で使用する場合には、ガスの接触面にポリイ
ミドなど耐候性の優れたフィルムを接着またはコーティ
ングする（膜厚100 μm ）ことで対応が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、音響整合板２ｂの上面に圧電
素子板３を接合し、その接合体によりダンピング成形層
７を担持して、前記接合体をダンピング成形層７に埋入
することにより、音響整合板２ｂをその周面も含めて覆
うようにし、かつ音響整合板２ｂの下面のみを露出する
ようにしているものである。このため、受波感度を向上
し、かつ残響時間が短くなり、近距離測定に用いる場合
にも、送波信号と受波信号が干渉することはなく、超音
波式近接スイッチ用として最適となる。また、超音波の
伝播時間を用いて、音速，温度測定を行うセンサーに適
用することにより、その小型化を達成できる、等の優れ
た効果がある。
素子板３を接合し、その接合体によりダンピング成形層
７を担持して、前記接合体をダンピング成形層７に埋入
することにより、音響整合板２ｂをその周面も含めて覆
うようにし、かつ音響整合板２ｂの下面のみを露出する
ようにしているものである。このため、受波感度を向上
し、かつ残響時間が短くなり、近距離測定に用いる場合
にも、送波信号と受波信号が干渉することはなく、超音
波式近接スイッチ用として最適となる。また、超音波の
伝播時間を用いて、音速，温度測定を行うセンサーに適
用することにより、その小型化を達成できる、等の優れ
た効果がある。
【図１】比較例の縦断側面図である。
【図２】本発明品の縦断側面図である。
【図３】残響特性を示す対比図である。
【図４】音響インピーダンスと、残響時間及び受波感度
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図５】残響時間と受波感度の関係を示す波形図であ
る。
る。
【図６】送受波感度の測定回路図である。
【図７】従来構成の縦断側面図である。
１ａ，１ｂ 超音波送受波器 ２ａ，２ｂ 音響整合板 ３ 圧電素子板 ７ ダンピング成形層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 17/00 330
Claims (1)
- 【請求項１】音響整合板の上面に、該音響整合板と同一
平面形状の、表裏面に電極層が形成された圧電素子板を
整一状に接合し、その接合体によりダンピング成形層を
担持するとともに、接合体上に担持されるダンピング成
形層を、該接合体の周縁を囲繞する外径として、接合体
をダンピング成形層に埋入するようにし、かつ音響整合
板２ｂの下面のみを露出するようにしたことを特徴とす
る超音波送受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32101193A JP3345844B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32101193A JP3345844B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07154898A JPH07154898A (ja) | 1995-06-16 |
| JP3345844B2 true JP3345844B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=18127799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32101193A Expired - Fee Related JP3345844B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3345844B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4412367B2 (ja) | 2007-08-21 | 2010-02-10 | 株式会社デンソー | 超音波センサ |
| CN115023957A (zh) | 2020-02-26 | 2022-09-06 | 株式会社村田制作所 | 超声波传感器 |
-
1993
- 1993-11-26 JP JP32101193A patent/JP3345844B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07154898A (ja) | 1995-06-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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