JP3788520B2 - 超音波変換器 - Google Patents
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Description
本発明は、円板状圧電セラミックスおよび円板状λ／４整合体を有する超音波変換器に関する。
この種の超音波変換器は超音波センサや近接スイッチへの適用によって既に知られている。この超音波変換器は比較的狭い音響ローブ特性を持ち、同時に比較的小さい副ローブ振幅を持っている。λ／４整合体はガス状伝播媒体中での超音波の送信および受信、特に超音波近接スイッチへの用途に用いられている。
圧電セラミックスおよび整合体を有する超音波変換器はドイツ特許第３９１１０４７号明細書により公知である。この超音波変換器では、整合体の圧電セラミックスとは反対側の表面は圧電セラミックスの基面と整合体の圧電セラミックス側の面とに比べてわずかに異なる表面積を持っている。その場合、整合体の側線は拡散的または収斂的に、直線、凹面または凸面をもっている。それによって達成し得る音響ローブ特性は主ローブ振幅に対して約−１９ｄＢという相当の副ローブ振幅を有するが、例えば周囲条件が制約されかつ側面妨害物が存在する場合超音波変換器への応用には不十分である。
円筒状の外被面を有する整合体を備えた超音波変換器は欧州特許第０６５５１５６号明細書により公知である。この整合体は外被面及び／又は圧電セラミックス側の面に切り込みを備えている。この実施形態は−３０ｄＢより少ない小さな副ローブ振幅を有する鋭い音響ローブを可能にする。
本発明の課題は、狭い主ローブ開口角及び小さな副ローブ振幅を有する上述の型の超音波変換器を改善することである。
この課題は、λ／４整合体の側周面が段付き部として構成されることによって解決される。
本発明の好ましい実施態様は請求項２ないし６に記載されている。
次に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図面において、
図１は四角形状の段付き部を有する超音波変換器を示し、
図２は非四角形状の段付き部を有する超音波変換器を示している。
図１は、円板状の圧電セラミックス２およびこれに例えば接着された円板状の整合体３を有する超音波変換器１の本発明の一実施形態の断面図を示す。ここで整合体３の側周面は単一の四角形状の段付き部として構成されている。この簡略化された表示では、例えば接着層内に挿入された金属または金属−プラスチック複合材からなる薄い接触箔によって接触させられれる整合体３側のメタライジング面と同様な、圧電セラミックス２の上部および下部のメタライジング面は、示されていない。側面の段付き形状によって、外方へ向かう整合体３の音響放射面の好ましい振動形状が生じ、この音響放射面が非常に小さい副ローブ振幅を有する鋭い音響ローブを生ぜしめる。一例では、円板状の圧電セラミックス２の直径と、整合体３の圧電セラミックス２側の基面の直径とは２３ｍｍである。整合体３の反対側に位置する上面の直径は２８ｍｍであり、整合体３の全体の高さは６．５ｍｍ、整合体の直径２８ｍｍの突出部の高さは２．４ｍｍである。整合体３はエポキシドとガラス中空球との混合体からなる頑丈なシンタクチックフォームを備えている。超音波変換器１は例えば約１１°の音響ローブ開口角の−３ｄＢ幅と約−３０ｄＢの非常に小さな副ローブ振幅とを有する約８０ｋＨｚの共振動作周波数を持っている。
図２は表面が互いに非直角に走る段付き部を有する本発明の超音波変換器１の他の実施形態を示す。他の可能な実施形態においては、段付き部は２つまたはそれ以上の直角及び／又は非直角の段から構成されている。そうすることによって整合体３の音響放射面の直径が拡大され、この拡大された直径が狭い音響ローブ開口角を生ぜしめる。
本発明を添付図面に示した実施形態を参照して説明したが、本発明を図示の実施形態にのみ限定する意図ではないことを考慮すべきである。むしろ、全ての可能な変形例や修正例、均等物等、請求の範囲によってカバーされるものはすべて包含されるべきである。
この種の超音波変換器は超音波センサや近接スイッチへの適用によって既に知られている。この超音波変換器は比較的狭い音響ローブ特性を持ち、同時に比較的小さい副ローブ振幅を持っている。λ／４整合体はガス状伝播媒体中での超音波の送信および受信、特に超音波近接スイッチへの用途に用いられている。
圧電セラミックスおよび整合体を有する超音波変換器はドイツ特許第３９１１０４７号明細書により公知である。この超音波変換器では、整合体の圧電セラミックスとは反対側の表面は圧電セラミックスの基面と整合体の圧電セラミックス側の面とに比べてわずかに異なる表面積を持っている。その場合、整合体の側線は拡散的または収斂的に、直線、凹面または凸面をもっている。それによって達成し得る音響ローブ特性は主ローブ振幅に対して約−１９ｄＢという相当の副ローブ振幅を有するが、例えば周囲条件が制約されかつ側面妨害物が存在する場合超音波変換器への応用には不十分である。
円筒状の外被面を有する整合体を備えた超音波変換器は欧州特許第０６５５１５６号明細書により公知である。この整合体は外被面及び／又は圧電セラミックス側の面に切り込みを備えている。この実施形態は−３０ｄＢより少ない小さな副ローブ振幅を有する鋭い音響ローブを可能にする。
本発明の課題は、狭い主ローブ開口角及び小さな副ローブ振幅を有する上述の型の超音波変換器を改善することである。
この課題は、λ／４整合体の側周面が段付き部として構成されることによって解決される。
本発明の好ましい実施態様は請求項２ないし６に記載されている。
次に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図面において、
図１は四角形状の段付き部を有する超音波変換器を示し、
図２は非四角形状の段付き部を有する超音波変換器を示している。
図１は、円板状の圧電セラミックス２およびこれに例えば接着された円板状の整合体３を有する超音波変換器１の本発明の一実施形態の断面図を示す。ここで整合体３の側周面は単一の四角形状の段付き部として構成されている。この簡略化された表示では、例えば接着層内に挿入された金属または金属−プラスチック複合材からなる薄い接触箔によって接触させられれる整合体３側のメタライジング面と同様な、圧電セラミックス２の上部および下部のメタライジング面は、示されていない。側面の段付き形状によって、外方へ向かう整合体３の音響放射面の好ましい振動形状が生じ、この音響放射面が非常に小さい副ローブ振幅を有する鋭い音響ローブを生ぜしめる。一例では、円板状の圧電セラミックス２の直径と、整合体３の圧電セラミックス２側の基面の直径とは２３ｍｍである。整合体３の反対側に位置する上面の直径は２８ｍｍであり、整合体３の全体の高さは６．５ｍｍ、整合体の直径２８ｍｍの突出部の高さは２．４ｍｍである。整合体３はエポキシドとガラス中空球との混合体からなる頑丈なシンタクチックフォームを備えている。超音波変換器１は例えば約１１°の音響ローブ開口角の−３ｄＢ幅と約−３０ｄＢの非常に小さな副ローブ振幅とを有する約８０ｋＨｚの共振動作周波数を持っている。
図２は表面が互いに非直角に走る段付き部を有する本発明の超音波変換器１の他の実施形態を示す。他の可能な実施形態においては、段付き部は２つまたはそれ以上の直角及び／又は非直角の段から構成されている。そうすることによって整合体３の音響放射面の直径が拡大され、この拡大された直径が狭い音響ローブ開口角を生ぜしめる。
本発明を添付図面に示した実施形態を参照して説明したが、本発明を図示の実施形態にのみ限定する意図ではないことを考慮すべきである。むしろ、全ての可能な変形例や修正例、均等物等、請求の範囲によってカバーされるものはすべて包含されるべきである。
Claims (6)
- 円板状圧電セラミックス（２）および円板状λ／４整合体（３）を有する超音波変換器において、λ／４整合体（３）の側周面が段付き部（４）として構成され、λ／４整合体（３）の圧電セラミックス（２）とは反対側の音響放射基面はその全領域にわたって平坦であり、かつ圧電セラミックス（２）の基面よりも大きいことを特徴とする超音波変換器。
- 整合体（３）の圧電セラミックス（２）側の基面は圧電セラミックス（２）の基面とは最大２０％相違していることを特徴とする請求項１に記載の超音波変換器。
- λ／４整合体（３）の圧電セラミックス（２）とは反対側の音波放射基面は圧電セラミックス（２）の基面より少なくとも３０％大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波変換器。
- 段付き部（４）は互いに直角な面を有する単一の段として構成されていることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の超音波変換器。
- 段付き部（４）は互いに非直角に走る部分的に傾斜する面を有する形状として構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の超音波変換器。
- 段付き部（４）は２つまたはそれ以上の直角及び／又は非直角の段によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の超音波変換器。
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