JP4588568B2

JP4588568B2 - 超音波送受波器、ｂｌｔ素子の保持構造、ｂｌｔ素子、及び超音波送受波器の製造方法

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Publication number: JP4588568B2
Application number: JP2005216695A
Authority: JP
Inventors: 章令中元
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP2007036643A

Description

本発明は、主要には、多数のＢＬＴ素子（ボルト締めランジュバン素子）を配列して備えた超音波送受波器の構成に関する。

特許文献１は、複数の振動素子を支持体に固定してなる超音波送受波器を開示する。この特許文献１の構成は１８０°ソナーのような超音波送受波器に関するものであり、円筒状のドラムの両側に振動素子固定用のホルダを設け、その素子ホルダに振動素子を挿入するための凹形溝部を設け、先端に係止用の爪を付した構成としている。特許文献１では、素子ホルダの凹形溝部の寸法精度を良くすることによって、振動素子の配列の精度が良くなり音響的性能を向上できるとしている。

また特許文献１の従来技術の部分では、ウレタンゴムシートに振動素子の輻射面側をモールド接着し、これらの振動素子の周囲をスポンジやコルクで貼り付けたものを円筒状ドラムに巻回して振動素子を放射状に配列する構成についても開示されている。
実公平７−１７０３０号公報（第１図、従来技術について第４図）

ここで近年、超音波発生装置のための振動子としては、高出力で耐久性に優れていることから、ボルト締めランジュバン型振動子（Bolt-clamped Langevin Type Transducer、以下ＢＬＴ素子）が広く使用されてきている。従って、このＢＬＴ素子を上記の特許文献１の振動素子として適用することが考えられる。

しかしながら、超音波送受波器で用いられる複数のＢＬＴ素子の共振周波数を揃えようとすると電歪素子の寸法が一定せずバラつくことは不可避であり、また、ＢＬＴ素子の構成部品の寸法誤差が累積することでＢＬＴ素子全体の寸法誤差が相当な大きさになる。従って、ＢＬＴ素子の超音波放射面を同一の位置に揃えようとしても極めて困難である。

また超音波送受波器は、図７に示すように、複数のＢＬＴ素子を等間隔で並べて設置し、ビーム合成を行うように構成されている場合がある。この構成でビームを角度θ_０だけ傾斜（ティルト）させたい場合は、ＢＬＴ素子同士の間隔をｂ、波長をλとしたときに各ＢＬＴ素子を２π（ｂ×sinθ_０）／λずつ位相シフトしながら駆動することになるが（整相駆動）、そのときの理想指向特性を表す指向性関数は、θを角度パラメータとして、Ｄ（θ）＝Ｗ（（ｂ・sinθ_０／λ）−（ｂ・sinθ／λ））で表される。

よって、良好な指向特性を得るためには上式のｂ・sinθ_０を均等にしなければならず、そのためには、ＢＬＴ素子の放射面を面一になるように揃えること（放射面の飛出しや凹みをなくすこと）、ＢＬＴ素子の間隔（距離ｂ）のバラツキをなくすこと、の２点が必要になる。従って、例えば図７の＃３の振動子のように放射面が前側に飛び出しているのは好ましくないということになる。

この点に関し、本願の発明者は、上記のビーム合成の場合においてＢＬＴ素子の飛出し／凹みによる指向特性への影響をシミュレーション計算した。このシミュレーションではＢＬＴ素子を９個並べた場合を計算しており、ＢＬＴ素子間の間隔ｂ＝λ、ビームティルト角θ_０＝３０°とした。この結果を図８に３つのグラフとして示す。この図８において、（ａ）は全てのＢＬＴ素子の放射面が面一である理想的な場合、（ｂ）は３番目のＢＬＴ素子の放射面のみλ／１０だけ飛び出している場合、（ｃ）は３番目のＢＬＴ素子の放射面のみλ／１０だけ凹んでいる場合である。

この図８に示すように、全てのＢＬＴ素子が面一な場合（ａ）は、角度３０°で現れるメインローブが大きく、その両脇に現れるサイドローブが小さい、極めて良好な指向特性が得られている。一方、一部のＢＬＴ素子に飛出しがある場合（ｂ）や凹みがある場合（ｃ）は、メインローブが小さくなる一方でサイドローブが相対的に大きくなっており、例えばスキャニングソナーの場合、偽像が発生し易い指向特性になってしまっている。この図８からも、各ＢＬＴ素子の放射面の飛出しや凹みをなくして複数のＢＬＴ素子で放射面を面一に揃えることが、優れた指向特性を得るために重要であることが判る。

ここで一般に、上記の綺麗な指向特性を得るためには、時間位相差で許される輻射面での各素子の飛出し量（凹み量）はλ／３２以内が望ましい。そこで計算すると、例えばＢＬＴ素子の振動周波数が８０ｋＨｚの場合、λ／３２の値は０．５９ミリメートルになる。従って、この小さな許容範囲内にすべてのＢＬＴ素子の放射面を位置決めするのは、特許文献１の構成で凹形溝部の寸法精度を良くしたとしても、前述の素子寸法の不均一や寸法誤差の累積の事情もあって、極めて困難である。

なお、上記のように精度良くＢＬＴ素子の放射面を位置決めするために、配列治具を用いたり、組立て後にレーザ測定器等で配列精度を直接測定することも考えられる。しかしながら、ＢＬＴ素子の放射面の位置をレーザ測定器で毎回確認していたのでは、組立ての効率が悪くなり、時間も手間も多く掛かってしまう。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、配列治具の利用や組立て後の放射面の位置精度の測定なしで、単にフレームに取り付けるだけで複数のＢＬＴ素子の放射面の位置を飛出し／凹みなく揃えることが可能な構成を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下のように構成する、複数のＢＬＴ素子をフレームに取り付けて構成される超音波送受波器が提供される。それぞれの前記ＢＬＴ素子は保持構造を介して前記フレームに取り付けられるものとする。前記保持構造は、当該ＢＬＴ素子の備えるネジ軸に螺合するとともに、前記フレームに接当する接当部を形成した保持部材と、前記ＢＬＴ素子と前記保持部材との間に配置されるとともに遮音性を有する弾性部材と、を備える。

この構成により、複数のＢＬＴ素子のそれぞれにおいて、予め保持部材を回転させて接当部の位置を同一高さになるよう調整しておくことにより、ＢＬＴ素子を保持部材を介してフレームに取り付けたときに、ＢＬＴ素子の放射面を飛出しや凹みのない同一高さに位置決めすることができる。このように、ＢＬＴ素子をフレームに取り付けるだけで放射面の位置決めが同時にできるので、音響性能に優れた超音波送受波器を小さな製造コスト及び工数で得ることができる。

前記の超音波送受波器においては、前記フレームにはセット孔が形成されており、このセット孔は前記保持部材の一部に対し係合していることが好ましい。

この構成により、保持部材の一部をセット孔に係合させる簡素な構成で、ＢＬＴ素子をフレームに簡単に取り付けることができる。

前記の超音波送受波器においては、前記保持部材にはスナップ部が設けられ、このスナップ部が前記セット孔に係合することが好ましい。

この構成により、保持部材のスナップ部がセット孔に対し係合完了すると適度なスナップ感が得られるので、ＢＬＴ素子を容易かつ確実にフレームに取り付けることができ、超音波送受波器の組立て性に優れる。

前記の超音波送受波器においては、前記弾性部材は前記ＢＬＴ素子のリアマスより後方に配置され、前記保持部材は前記弾性部材の更に後方に配置されていることが好ましい。

この構成により、後方側で保持部材を回転させて弾性部材を圧縮することでＢＬＴ素子の前面の超音波放射面を位置決めできる、簡素で合理的なレイアウトが実現される。

前記の超音波送受波器においては、前記保持部材の内部に、前記ＢＬＴ素子の電極に接続される導線を通過させる経路が形成されていることが好ましい。

この構成により、電力供給源からＢＬＴ素子の電極に至る導線の配線経路を容易に確保することができ、また、当該導線を損傷しないよう前記保持部材によって保護することができる。

本発明の第２の観点によれば、以下のように構成する、超音波送受波器のフレームに対しＢＬＴ素子を保持させるための保持構造が提供される。当該ＢＬＴ素子の備えるネジ軸に螺合するとともに、前記フレームに接当する接当部を形成した保持部材と、前記ＢＬＴ素子と前記保持部材との間に配置されるとともに遮音性を有する弾性部材と、を備える。

この構成により、複数のＢＬＴ素子のそれぞれにおいて、予め保持部材を回転させて接当部の位置を同一高さになるよう調整しておくことにより、ＢＬＴ素子を保持部材を介してフレームに取り付けたときに、ＢＬＴ素子の放射面を飛出しや凹みのない同一高さに位置決めすることができる。このようにフレームに取り付けるだけで同時に放射面の位置決めができることから、超音波送受波器の製造の手間やコストを低減することができる。

本発明の第３の観点によれば、以下のように構成する、ＢＬＴ素子が提供される。振動素子と、前面に超音波放射面を備えるフロントマスと、前記振動素子を挟んで前記フロントマスと反対側に配置されて当該フロントマスと共振するリアマスと、前記フロントマス、前記振動素子、及び前記リアマスを連結するためのネジ軸と、このネジ軸に螺合される保持部材と、前記リアマスと前記保持部材との間に配置されるとともに遮音性を有する弾性部材と、を備える。

この構成により、複数のＢＬＴ素子のそれぞれにおいて、予め保持部材を回転させて同一高さになるよう調整しておくことにより、ＢＬＴ素子を基準部材に取り付けたときに、ＢＬＴ素子の放射面を飛出しや凹みのない同一高さに位置決めすることができる。このように基準部材に取り付けるだけで同時に放射面の位置決めができることから、音響機器の製造の手間やコストを低減することができる。

本発明の第４の観点によれば、以下のような、複数のＢＬＴ素子をフレームに取り付けた構成の超音波送受波器の製造方法が提供される。前記フレームに接当可能な接当部を形成した保持部材を、遮音性を有する弾性部材を当該保持部材と前記ＢＬＴ素子との間に位置させた状態で、前記ＢＬＴ素子の備えるネジ軸に螺合させる。前記弾性部材を圧縮しながら前記保持部材を回転させてネジ移動させることで、前記接当部と前記ＢＬＴ素子の超音波放射面との距離を複数のＢＬＴ素子で同一になるように調整する。その後、前記保持部材の前記接当部を前記フレームに接当させるようにして前記ＢＬＴ素子を前記フレームに取り付ける。

この方法により、複数のＢＬＴ素子のそれぞれにおいて、予め保持部材を回転させてネジ移動させて接当部と超音波放射面との距離が同一となるよう調整しておくことにより、ＢＬＴ素子を保持部材を介してフレームに取り付けたときに、ＢＬＴ素子の放射面を飛出しや凹みのない同一高さに位置決めすることができる。このようにフレームに取り付けるだけで同時に放射面の位置決めができることから、超音波送受波器の製造の手間やコストを低減することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１はＢＬＴ素子に対し保持構造を取り付ける様子を示す説明図、図２は位置調整装置の構成を示す側面図、図３は保持部材の位置を調整する様子を示す図である。図４はＢＬＴ素子をフレームに取り付ける様子を示す断面拡大図である。図５は、ＢＬＴ素子がフレームに取り付けられ、超音波送受波器が完成した様子を示す断面拡大図である。

図１の下側に示されるＢＬＴ素子１は、フロントマス２とリアマス３との間に、ＰＺＴ等の圧電セラミックスからなる圧電素子（振動素子）４・５を挟んだ構成となっている。圧電素子４・５の間には、当該圧電素子４・５に電圧を印加するための電極６が取り付けられている。この電極６にはリード線（導線）７が電気的に接続されている。本実施形態では、フロントマス２及びリアマス３は、何れも金属製とされている。フロントマス２の前面には超音波放射面８が形成されている。

フロントマス２の前記超音波放射面８と反対側の面には軸穴９が形成され、この軸穴９に、ネジ軸１０の一端に形成されたオネジが螺合されている。このネジ軸１０は、圧電素子４・５及びリアマス３の軸孔を挿通しつつ軸方向に延出し、そのリアマス３から突出した部分にオネジを形成して、このオネジにナット１１が螺着されている。

上記ＢＬＴ素子１は、前記ナット１１を回転して締め込むことで、フロントマス２と、圧電素子４・５と、リアマス３と、を連結して固着することにより構成されている。そして、電極６にリード線７を介して電圧を印加して圧電素子４・５を所定の周波数で振動させると、この振動によりフロントマス２とリアマス３とが共振し、フロントマス２の超音波放射面８から超音波が放射される。

そして本実施形態では、前記ネジ軸１０の一側の部分（フロントマス２螺合側と反対側の部分）に対し、リング状の座金２１及びコルク部材（弾性部材）２２を挿通している。このコルク部材２２は、遮音性を有するとともに、適度な弾性を有するように構成している。このコルク部材２２は、前記ＢＬＴ素子１のリアマス３の後方に配置される。

更に、前記コルク部材２２よりも後方には保持部材２３が配置され、この保持部材２３は前記ネジ軸１０の端部に螺合される。この保持部材２３は、略円筒状に構成された基体２４から軸方向一側にスナップ部２５を突出させた構成としている。

前記基体２４には軸孔２６が貫通状に形成され、この軸孔２６の一端側には、前記ネジ軸１０に螺合可能なメネジ２７が形成されている。また、このメネジ２７が形成された側と反対側の前記基体２４の端面には、当て面２８が形成されている。この当て面２８は、スナップ部２５の基端部の周囲を取り囲むように円環状に構成されている。

また、前記基体２４には挿通孔２９が斜状に穿設されており、その一端は基体２４の外周面に開口する一方、他端は前記軸孔２６に接続している。この挿通孔２９は前記リード線７を挿通可能に構成されている。

前記スナップ部２５は略円筒状に構成するとともに、その先端部の外周面に環状の凸部（接当部）３０を形成している。また適宜の長さのスリット３１が周方向に等間隔で複数形成されており、これによって、スナップ部２５の先端部が径方向内側へ容易に弾性変形できるようになっている。

以上に説明した構成のうち、座金２１、コルク部材２２、保持部材２３が、ＢＬＴ素子１を後述するフレームに保持するための保持構造２０を構成する。この保持構造２０において、前記コルク部材２２は前記保持部材２３とＢＬＴ素子１側のナット１１との間に配置され、保持部材２３が回転されて超音波放射面８へ近づく方向へネジ移動するに伴って、コルク部材２２は軸方向に適宜圧縮される。

そして、このように保持構造２０をＢＬＴ素子１の後部側に取り付けた後は、図２に示す位置調整装置４０を利用して、フロントマス２の超音波放射面８に対する保持部材２３の位置決めを行う。

図２に示すように、この位置調整装置４０は平板状の基台４１を有し、この基台４１上には、バー支持体４２の基端が固定されている。前記バー支持体４２の先端には、導電バー４３の一端側が回動自在に支持される。また、前記基台４１上には接点支持体４４の基端が固定され、この接点支持体４４の先端には接点ピン４５が取り付けられている。更に基台４１上には導電報知手段としてのＬＥＤ４６が設置されている。

導電バー４３は導電性の金属で角棒状に構成しており、前記ＬＥＤ４６に接続されている。また、位置調整装置４０は電池等の電源４７を備えている。電源４７の正極にはＬＥＤ４６及び導電バー４３が電気的に直列接続される。一方、前記接点ピン４５は、電源４７の負極に電気的に接続されている。

前記基台４１上には、前記ＢＬＴ素子１の超音波放射面８を接当させるための水平面状のセット面４８が設けられている。ＢＬＴ素子１は、当該ＢＬＴ素子１の前面側の前記超音波放射面８を下向きにして前記セット面４８に接触させ、かつ水平方向に適宜位置決めされた状態で、押さえ部材４９により上側から固定される。

また、このように位置調整装置４０のセット面４８にセットされたＢＬＴ素子１に対し、回転治具５０が装着される。回転治具５０は略円板状の部材とされるとともに中心部に係合孔５１を備えており、この係合孔５１が、ＢＬＴ素子１の後部側の前記保持部材２３の基体２４に対し、相対回転不能に嵌合される。なお、回転治具５０を上記のように基体２４に取り付ける際、前記スナップ部２５の先端は回転治具５０の前記係合孔５１を挿通し、当該回転治具５０から上側へ突出することになる。

次に図２の状態から導電バー４３を回動させ、ＢＬＴ素子１に取り付けられた前記保持部材２３のスナップ部２５の先端に対し、導電バー４３を接当させる。この接当状態が図３（ａ）に示され、この状態では、導電バー４３と接点ピン４５とは若干離間している。

この図３（ａ）の状態から回転治具５０の周縁部を持って保持部材２３を締め込む方向へ回転させていくと、保持部材２３が回転治具５０とともに回転する。従って、保持部材２３は回転に伴い、コルク部材２２を軸方向に圧縮しながら、図１に示すネジ軸１０とメネジ２７の螺合部分を介して下方向へ徐々にネジ移動する。この結果、スナップ部２５が下降し、前述した凸部３０の位置も少しずつ下降していく。

また、回転治具５０の回転に伴ってスナップ部２５の先端が下降するので、導電バー４３も自重によって徐々に下降回動し、やがて図３（ｂ）に示すように導電バー４３が接点ピン４５に接触して通電し、ＬＥＤ４６が点灯する。従って、ＬＥＤ４６の様子を見ながら回転治具５０を少しずつ回転させて行き、ＬＥＤ４６が点灯したときに回転治具５０の回転を直ちに止めれば、前記超音波放射面８に対する保持部材２３の位置（凸部３０の位置）を所定の位置に位置決めすることができる。

そして本実施形態では、超音波送受波器に用いられる複数のＢＬＴ素子１のそれぞれについて、前記位置調整装置４０を用いて凸部３０の位置を位置決めするようにしている。これにより、複数のＢＬＴ素子１における保持部材２３の位置（具体的には、超音波放射面８から凸部３０までの距離）を一定に揃えることができる。

ここで位置調整装置４０は、ＢＬＴ素子１のセット位置を挟んで一側に導電バー４３の回動支点（バー支持体４２）を、他側に接点ピン４５を、それぞれ配置するレイアウトになっている。従って、保持部材２３の上下移動を増幅するように導電バー４３の先端が上下移動するので、保持部材２３の位置調整を極めて精密に行うことができる。また、前記回転治具５０の手で掴む円板部分は比較的大径に構成しており、保持部材２３を直接手で掴んで回転させる場合に比べて、保持部材２３の回転角度の微調整（ひいては、上下位置の微調整）が精度良く行えるようになっている。

上記に示すように、前記位置調整装置４０には位置決めの精度を良好にするための工夫が種々施されている。従って、この位置調整装置４０を用いることにより、ＢＬＴ素子１の超音波放射面８から前記凸部３０までの距離のバラツキを、極めて小さく（具体的には、ほぼ±０.１ミリメートル以内）することができている。

なお、保持部材２３の位置決めが終了した後は、リード線７を基体２４の外周側から前記挿通孔２９に挿通させ、軸孔２６を通過させてスナップ部２５の先端側から外側に引き出しておく。このようにリード線７に保持部材２３の内部を通過させるようにすることで、リード線７の配線経路を確保すると同時に、当該リード線７が他の部材と擦れて損傷しないように保護することができる。

そして、上記のように保持部材２３の位置を一定に揃えたＢＬＴ素子１は、超音波送受波器における基枠（基準部材）としてのフレーム１５に対し、図４に示すように取り付けられる。このフレーム１５は本実施形態では、アルミ材料を５軸のマシニングセンタによって球面状に削り出し加工したものが用いられている。

上記フレーム１５には、ＢＬＴ素子１を収納するための収納穴１６を多数配列させて備えるとともに、当該収納穴１６のそれぞれの内底部にはセット孔１７が形成されている。この構成で、前記スナップ部２５の根元部にリング状のコルク部材１８を装着し、この上で、スナップ部２５をセット孔１７に挿通して先端の凸部３０を開口端に係止させることで、ＢＬＴ素子１を簡単にフレーム１５に装着して取り付けることができる。

なお、スナップ部２５のセット孔１７への挿通が完了すると、内側へ弾性変形していたスナップ部２５がパチンと元へ戻ることにより適度なスナップ感が得られ、組立作業者はＢＬＴ素子１がフレーム１５に確実に組み付けられたことを手に伝わる感触で確認することができ、便宜である。その後、前記リード線７を適宜の電力供給源に接続することで超音波送受波器６０が完成し、この超音波送受波器６０は例えばスキャニングソナーや、潮流計、計量ソナー等の音響機器のために用いられる。

なお、スナップ部２５を嵌着させる際、前記コルク部材１８は、前記収納穴１６の内底面１９と前記保持部材２３の当て面２８との間で軸方向に圧縮され、その反力が、前記スナップ部２５をセット孔１７から引き抜く方向に作用する。しかしながら、前記スナップ部２５の凸部３０が前記セット孔１７の開口端に接当して引っ掛かっているので、スナップ部２５のセット孔１７からの抜脱は阻止される。言い換えれば、前記コルク部材１８は、前記凸部３０を前記セット孔１７の開口端に常時接当させてＢＬＴ素子１を位置決めするための付勢力を常時作用させる役割を果たす。

ここで、前記のセット孔１７（スナップ部２５の凸部３０が接触する開口端の部分も含む）の位置精度は、前記マシニングセンタによる加工精度に依存し、一般に良好な精度で位置出しすることができる。そして、スナップ部２５の凸部３０とＢＬＴ素子１の超音波放射面８との距離は、図２に示す位置調整装置４０によって、圧電素子４・５の寸法バラツキやＢＬＴ素子１全体の寸法誤差にかかわらず、同一となるように予め調整されている。従って、図４や図５のようにＢＬＴ素子１を保持構造２０を介してフレーム１５に取り付けるだけで、複数のＢＬＴ素子１の超音波放射面８を同一球面上で揃うように精度良く位置決めすることができ、ＢＬＴ素子１を整相駆動する用途にも好適な整列精度を実現できるとともに、超音波送受波器６０の組立コストや組立工数を削減することができる。

また、セット孔１７に保持部材２３のスナップ部２５を係合させる簡単な取付作業でＢＬＴ素子１のフレーム１５への固定及び超音波放射面８の位置決めを行えるから、製造が極めて簡単になっている。

以上に示すように、本実施形態の超音波送受波器６０は、複数のＢＬＴ素子１のそれぞれを保持構造２０を介してフレーム１５に取り付けて構成されている。そして、この保持構造２０は、当該ＢＬＴ素子１の備えるネジ軸１０に螺合するとともに、前記フレーム１５に接当する凸部３０を形成した保持部材２３と、前記ＢＬＴ素子１と前記保持部材２３との間に配置されるとともに遮音性を有するコルク部材２２と、を備える。

また、図１に示される構成は、フレーム１５に対する保持構造２０付きのＢＬＴ素子として把握することもできる。即ち本実施形態では、圧電素子４・５と、前面に超音波放射面８を備えるフロントマス２と、前記圧電素子４・５を挟んで前記フロントマス２と反対側に配置されて当該フロントマス２と共振するリアマス３と、前記フロントマス２、前記圧電素子４・５、及び前記リアマス３を連結するためのネジ軸１０と、このネジ軸１０に螺合される保持部材２３と、前記リアマス３と前記保持部材２３との間に配置されるとともに遮音性を有するコルク部材２２と、を備えるＢＬＴ素子が提供されている。

従って、複数のＢＬＴ素子１のそれぞれにおいて、予め保持部材２３を回転させて凸部３０の位置を同一高さになるよう調整しておくことにより、ＢＬＴ素子１を保持部材２３を介してフレーム１５に取り付けたときに、ＢＬＴ素子１の超音波放射面８を飛出しや凹みのない同一高さに位置決めすることができる。このようにＢＬＴ素子１をフレーム１５に取り付けるだけで放射面の位置決めが同時にできることから、ＢＬＴ素子１の整相駆動に好適な超音波送受波器６０を、小さな製造コスト及び工数で得ることができる。

また、本実施形態の超音波送受波器６０においては、前記フレーム１５にはセット孔１７が形成されており、このセット孔１７は前記保持部材２３に形成されているスナップ部２５に対し係合している。従って、ＢＬＴ素子１をフレーム１５に取り付けるための簡素な構成を実現できる。

また本実施形態においては、前記保持部材２３にはスナップ部２５が設けられ、このスナップ部２５が前記セット孔１７に係合している。従って、スナップ部２５が完全にセット孔１７に対して係合完了すると、スナップ部２５の弾性変形が解除されて適度なスナップ感が得られる。従って、組立作業者は、上記スナップ感の感触を確認しながらＢＬＴ素子を簡単かつ確実にフレーム１５に取り付けることができる。

また本実施形態の超音波送受波器６０においては、前記コルク部材２２は前記ＢＬＴ素子１のリアマス３より後方に配置され、また、前記保持部材２３は前記コルク部材２２の更に後方に配置されている。従って、ＢＬＴ素子１の後方側で保持部材２３を回転させてコルク部材２２を圧縮することでＢＬＴ素子１の前面の超音波放射面８を位置決めできる、簡素で合理的なレイアウトが実現される。

また、本実施形態においては、前記保持部材２３には軸孔２６及び挿通孔２９が形成されており、挿通孔２９及び軸孔２６の一部が、前記ＢＬＴ素子１の電極６に接続されるリード線７が通過する経路になっている。従って、フレーム１５の内部側に設置された図略の電力供給源からＢＬＴ素子１の電極６に至るリード線７の配線経路を容易に確保することができ、また、当該リード線７の被膜等が損傷しないように前記保持部材２３によって保護することができる。

また本実施形態では、以下の方法によって前記超音波送受波器６０が製造されている。即ち、先ず図１に示すように、前記フレーム１５に接当可能なスナップ部２５の凸部３０を形成した保持部材２３を、遮音性を有するコルク部材２２を当該保持部材２３と前記ＢＬＴ素子１との間に位置させた状態で、前記ＢＬＴ素子１の備えるネジ軸１０に螺合させる。次に図３（ｂ）に示すように、前記コルク部材２２を圧縮しながら前記保持部材２３を回転させてネジ移動させることで、前記凸部３０と前記ＢＬＴ素子１の超音波放射面８との距離を複数のＢＬＴ素子１で同一になるように調整する。その後、前記保持部材２３の前記凸部３０を前記フレーム１５（具体的には、セット孔１７がフレーム１５の内面側に開口させる開口端）に接当させるようにして前記ＢＬＴ素子１を前記フレーム１５に取り付ける。

このような製造方法とすることで、複数のＢＬＴ素子１のそれぞれにおいて、予め保持部材２３を回転させてネジ移動させて前記凸部３０と超音波放射面８との距離が同一となるよう調整しておくことにより、ＢＬＴ素子１を保持部材２３を介してフレーム１５に取り付けたときに、ＢＬＴ素子１の超音波放射面８を飛出しや凹みのない同一高さに位置決めすることができる。そして、上記のようにフレーム１５に取り付けるだけで同時に超音波放射面８の位置決めができることから、超音波送受波器６０の製造の手間やコストを低減することができる。

なお、図６にはＢＬＴ素子１の保持構造の変形例が示され、この変形例の保持構造２０では、保持部材２３において基体２４からスナップ部２５の代わりにオネジ部３３が突設されている。一方、フレーム１５側の前記セット孔１７には、前記オネジ部３３に螺合可能なメネジ３４が形成される。この図６の保持構造２０においても、図２に示す位置調整装置４０を用いて、超音波放射面８に対する保持部材２３の位置（当て面２８の位置）が複数のＢＬＴ素子１で同一となるよう調整されている。

そして図６に示すように、各ＢＬＴ素子１は、前記オネジ部３３をセット孔１７のメネジ３４へネジ係合させる（螺合する）ことで、フレーム１５に対し取り付けられる。なお、この変形例では図４に示すようなコルク部材１８は省略されており、上記のように位置が調整された当て面２８と、収納穴１６の内底面１９とが直接接当することで、ＢＬＴ素子１の超音波放射面８同士が互いに面一となるよう位置決めされる。従って、図６の変形例では、前記当て面２８が接当部に相当する。

以上に実施形態及びその変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態ではＢＬＴ素子１の超音波放射面８を球面上に並べる構成を示したが、これに代えて、平面上に並べる構成や、円筒面上に並べる構成に変更することができる。

前記保持部材２３のスナップ部２５は、スリット３１を省略したスリットなしのスナップ部に変更することができる。

また、前記保持構造２０において座金２１を省略し、ナット１１がコルク部材２２に直接接触して保持部材２３との間で挟み込む構成に変更することができる。この場合、コルク部材２２の端面を確実に受けるために、ＢＬＴ素子１の締込みのためのナット１１を若干大径のものに変更することが好ましい。

保持部材２３の位置調整の方法としては、図２に示すような構成の位置調整装置４０を用いることに限らず、他の様々な方法を使用することができる。要は、保持部材２３を回転させることで、予め定めた所定の位置となるように保持部材２３の位置を調整できるものであれば、任意の方法を使用することができる。

ＢＬＴ素子に対し保持構造を取り付ける様子を示す説明図。位置調整装置の構成を示す側面図。保持部材の位置を調整する様子を示す図。ＢＬＴ素子をフレームに取り付ける様子を示す断面拡大図。ＢＬＴ素子がフレームに取り付けられ、超音波送受波器が完成した様子を示す断面拡大図。保持部材の変形例を示す断面拡大図。ＢＬＴ素子を複数並べてビーム合成を行う場合において、ビームを角度θ_０だけ傾斜させる場合を説明する概念図。ＢＬＴ素子を９個並べ、ビームティルト角θ_０＝３０°とした場合であって、３番目のＢＬＴ素子の飛出し／凹みによる指向特性への影響のシミュレーション結果を示すグラフ図。

符号の説明

１ＢＬＴ素子
２フロントマス
３リアマス
４・５圧電素子（振動素子）
６電極
７リード線（導線）
８超音波放射面
１０ネジ軸
１１ナット
１５フレーム（基準部材）
１７セット孔
２１座金
２２コルク部材
２３保持部材
２５スナップ部
２６軸孔（リード線の経路）
２９挿通孔（リード線の経路）
３０スナップ部の凸部（接当部）
５０回転治具
６０超音波送受波器

Claims

複数のＢＬＴ素子をフレームに取り付けて構成される超音波送受波器において、
それぞれの前記ＢＬＴ素子は保持構造を介して前記フレームに取り付けられるものとし、
前記保持構造は、
当該ＢＬＴ素子の備えるネジ軸に螺合するとともに、前記フレームに接当する接当部を形成した保持部材と、
前記ＢＬＴ素子と前記保持部材との間に配置されるとともに遮音性を有する弾性部材と、
を備えることを特徴とする、超音波送受波器。
請求項１に記載の超音波送受波器であって、
前記フレームにはセット孔が形成されており、このセット孔は前記保持部材の一部に対し係合していることを特徴とする、超音波送受波器。
請求項２に記載の超音波送受波器であって、
前記保持部材にはスナップ部が設けられ、このスナップ部が前記セット孔に係合することを特徴とする、超音波送受波器。
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の超音波送受波器であって、
前記弾性部材は前記ＢＬＴ素子のリアマスより後方に配置され、前記保持部材は前記弾性部材の更に後方に配置されていることを特徴とする、超音波送受波器。
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の超音波送受波器であって、
前記ＢＬＴ素子の電極に接続される導線を通過させる経路が前記保持部材の内部に形成されていることを特徴とする、超音波送受波器。
超音波送受波器のフレームに対しＢＬＴ素子を保持させるための保持構造において、
当該ＢＬＴ素子の備えるネジ軸に螺合するとともに、前記フレームに接当する接当部を形成した保持部材と、
前記ＢＬＴ素子と前記保持部材との間に配置されるとともに遮音性を有する弾性部材と、
を備えることを特徴とする、超音波送受波器におけるＢＬＴ素子の保持構造。
振動素子と、
前面に超音波放射面を備えるフロントマスと、
前記振動素子を挟んで前記フロントマスと反対側に配置されて当該フロントマスと共振するリアマスと、
前記フロントマス、前記振動素子、及び前記リアマスを連結するためのネジ軸と、
このネジ軸に螺合される保持部材と、
前記リアマスと前記保持部材との間に配置されるとともに遮音性を有する弾性部材と、
を備えることを特徴とする、ＢＬＴ素子。
複数のＢＬＴ素子をフレームに取り付けた構成の超音波送受波器の製造方法において、
前記フレームに接当可能な接当部を形成した保持部材を、遮音性を有する弾性部材を当該保持部材と前記ＢＬＴ素子との間に位置させた状態で、前記ＢＬＴ素子の備えるネジ軸に螺合させ、
前記弾性部材を圧縮しながら前記保持部材を回転させてネジ移動させることで、前記接当部と前記ＢＬＴ素子の超音波放射面との距離を複数のＢＬＴ素子で同一になるように調整し、
その後、前記保持部材の前記接当部を前記フレームに接当させるようにして前記ＢＬＴ素子を前記フレームに取り付けることを特徴とする、超音波送受波器の製造方法。