JP6941763B2 - 超音波送受信器 - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を用いて流量や距離等の計測を行う計測器に用いる超音波送受信器に関するものである。
従来、この種の超音波送受信器は、図８に示すように、有天筒状の金属ケース１０１と金属板１０４とで密閉された空間内に、圧電体１０２が内装されている。圧電体１０２は、電極の一方が金属ケース１０１の天面の内側に電気的に導通可能に接合され、他方の電極には電極線１０５が接続され、金属板１０４を貫通して設けられた絶縁体１０６の電極１０７を介して外部のリード線１１０に接続されている。金属ケース１０１の天面の外側には、整合層１０８が接着剤等により貼り付けられている（例えば、特許文献１参照）。
そして、圧電体１０２には溝１０３が設けられており、この溝１０３により、圧電体を２つの素子１０２ａ、１０２ｂに分割することで電極方向の振動を主モードとすることが出来、高感度、高速応答性を実現した小型の超音波送受信器を実現することができる。
しかしながら、前記従来の構成では、圧電体１０２の溝１０３を深くすると、複数の独立した素子（図では１０２ａ，１０２ｂ）で構成したのと同様となり、感度が向上するが、溝１０３の底の部位での強度が低下し、振動による負荷や、取り扱いの中での応力でクラック１０９を生じてしまう可能性が有り、クラックが生じると、素子間の導通不良となり、分割された素子の一部が有効に機能しなくなり感度が落ちるという課題を有していた。例えば、図８に示すように、クラック１０９が発生すると、電極線１０５は、素子１０２ａとは導通が維持されるが、素子１０２ｂとの導通ができなくなる為に、有効に振動するのは素子１０２ａのみとなり感度が低下してしまうことになる。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧電体に溝を設けることにより発生する溝底部での強度低下を防止し、クラックの発生を防止する、或いは、クラックが発生しても導通を維持可能な超音波送受信器を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波送受信器は、対向する両面に電極を有し、一方の電極面を溝で複数の素子に分割した圧電体と、前記複数の素子の全素子の電極と電気的に接続された導体と、前記圧電体の他方の面で前記溝の底に位置する部位に設けた補強部と、を備えたものである。
これによって、強度が弱い溝部位でのクラック発生を防止できる。
本発明の超音波送受信器は、圧電体に設けた溝の底部での強度低下を防止し、クラックの発生を防止することができる。
第１の発明は、対向する両面に電極を有し、一方の電極面を溝で複数の素子に分割した圧電体と、前記複数の素子の全素子の電極と電気的に接続された導体と、前記圧電体の他方の面で前記溝の底に位置する部位に設けた補強部と、を備えた超音波送受信器としたもので、圧電体の強度が弱い溝部位でのクラック発生を防止することができる。
第２の発明は、第１の発明において、前記溝を複数設け、前記補強部は溝に位置する部位の内の少なくとも両端の２箇所に設けたことを特徴とするもので、複数ある場合、両端の溝に位置する部位の強度が低下する為、有効に補強を行うことができる。
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記補強部を半田で形成し、その内の少なくとも１つの補強部に電極線を接続したことを特徴とするものである。
第４の発明は、第１又は２の発明において、前記補強部は、内側に比べ溝の深さを浅くしたことを特徴とするものである。
第５の発明は、対向する両面に電極を有し、一方の電極面を溝で複数の素子に分割した圧電体と、前記複数の素子の全素子の電極と電気的に接続された導体と、前記圧電体の他方の電極面の全面と電気的に接合された導体と、を備えた超音波送受信器としたことにより、圧電体の溝の部位でクラックが発生しても全素子との導通を確保することができる。
第６の発明は、対向する両面に電極を有し、一方の電極面を溝で複数の素子に分割した圧電体と、前記複数の素子の全素子の電極と電気的に接続された導体と、前記圧電体の他方の電極面で前記溝の底に位置する部位に設けた導通部材と、前記導通部材を前記他方の電極面に押圧する押圧部材と、を備えた超音波送受信器としたことにより、圧電体の溝の部位でクラックが発生しても全素子との導通を確保することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波送受信器１０の断面図を示すものである。
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波送受信器１０の断面図を示すものである。
図１において、超音波送受信器１０は、有天筒状の金属ケース１（導体）と、対向する面の全体に電極２ｃ、２ｄを有する圧電体２と、整合層８とからなる。圧電体２は、溝３により２つの素子２ａ，２ｂに分割されており、素子２ａ，２ｂは所定の振動周波数に最適な寸法形状となるように形成されている。素子２ａ，２ｂの電極２ｃは、金属ケース１の天面１ｅの内側１ａに電気的に導通可能に接合されている。また、電極２ｄには電極線５が溝３の底に対応する部位９で半田７により半田付けされており、この半田７が補強部
として機能する。
として機能する。
整合層８は、金属ケース１の天面１ｅの外側１ｂに接着剤で接着されている。更に、金属ケース１にはリード線４が接合されており、圧電体２の電極２ｃと導通しており、リード線４，電極線５間に所定の電圧波形を印加することで圧電体２は振動し、金属ケースの天面１ｅを介して整合層８より、超音波が送信される。
以上の構成により、圧電体２は、溝３を設けたことによる溝の底に位置する部位９の強度が低下するが、半田７が補強部として機能することで、クラック等の発生を防止することができる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における超音波送受信器２０の断面図を示すものである。図において、実施の形態１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
図２は、本発明の第２の実施の形態における超音波送受信器２０の断面図を示すものである。図において、実施の形態１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
実施の形態１と異なるのは、圧電体２２を３つの溝２３により、４つの素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに分割し、溝２３の内の両端の９ａ、９ｃに半田７を設けたものである。溝２３による分割された素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの電極２２ｅは、何れも金属ケース１の天面１ｅの内側１ａに電気的に導通可能に接合されている。
以上の構成により、圧電体２２は、溝２３を設けたことにより溝の最下部に対応する部位９ａ〜９ｃの強度が低下するが、特に振動に対する強度が必要な両端の溝に対応した部位９ａ、９ｃにおいて電極２２ｆ上に補強部材としての半田を行うことで、実施の形態１と同様にクラック等の発生を防止することができる。また、電極線５は、いずれの半田７に接続してもよい。
なお、図２においては、溝２３の両端に対応した部位９ａ、９ｂのみ半田７により補強したが、中央部にも半田７を追加して、溝２３の全ての部位９ａ、９ｂ、９ｃで補強を行っても支障は無い。また、図３に示す超音波送受信器３０のように、部位９ａ〜９ｃの全体を１つの半田７で半田付けしても同様の効果を得ることができる。
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における超音波送受信器４０の断面図を示すものである。図において、実施の形態２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
図４は、本発明の第３の実施の形態における超音波送受信器４０の断面図を示すものである。図において、実施の形態２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
実施の形態１と異なるのは、圧電体４２を３つの溝４３ａ，４３ｂ、４３ｃにより、４つの素子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに分割し、３つの溝の両端の４３ａ，４３ｃの溝深さＡを中央の溝４３ｂの溝深さＢよりも浅くした点である。電極４２ｅは、金属ケース１に電気的に導通可能に接合されており、電極４２ｆには、電極線５が半田７で接続されている。
以上の構成により、圧電体２２は、溝を設けたことにより溝の最下部に対応する部位９ａ〜９ｃの強度が低下するが、特に振動に対する強度が必要な両端の溝４３ａ、４３ｃの深さを浅くすることで必要な強度を確保することができ、クラックの発生を防止することができる。
なお、本実施の形態では、溝の深さを浅くしていない溝４３ｂの最下部に対応する部位９ｂで半田７を行うことで、この部位を補強している。
また、本実施の形態では、特に強度が低下する両端の溝の深さを浅くしたが、他の実施
例として、図５に示す超音波送受信器４０’ように、両端の溝の内の一方の溝４３ｃの深さを浅くし、浅くしない方の溝４３ａの部位９ａを半田７で補強しても良い。
例として、図５に示す超音波送受信器４０’ように、両端の溝の内の一方の溝４３ｃの深さを浅くし、浅くしない方の溝４３ａの部位９ａを半田７で補強しても良い。
（実施の形態４）
図６は、本発明の第３の実施の形態における超音波送受信器５０の断面図を示すものである。図において、実施の形態２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
図６は、本発明の第３の実施の形態における超音波送受信器５０の断面図を示すものである。図において、実施の形態２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
実施の形態２と異なるのは、電極２２ｆの全面に導通可能に接合された補強導体４１を配置した点であり、この補強導体４１に電極線５が接続されている。
従って、この補強導体４１を用いることにより、溝の最下部に対応する部位９ａ、９ｂ、９ｃのいずれかでクラックが生じたとしても、電極線５と素子２２ａ〜２２ｄの電極との導通を確保することができ、感度が低下する等の不具合を防止することが出来る。
（実施の形態５）
図７は、本発明の第５の実施の形態における超音波送受信器６０の断面図を示すものである。図において、実施の形態２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
図７は、本発明の第５の実施の形態における超音波送受信器６０の断面図を示すものである。図において、実施の形態２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
実施の形態１と異なるのは、圧電体２２の電極２２ｆの３つの溝２３に対応する位置に、電極２２ｆに接する部位に導体を有する導通部材６２、６３を配置し、金属ケース１の開口部を閉止する蓋６１（押圧部材）を設けて、導通部材６２、６３を電極２２ｆに押し当てるように構成した点である。なお、蓋６１は伝導性を有する部材で有り、リード線４が接続され、更に、金属ケース１と電気的に接合することで、電極２２ｅとリード線４との導通を確保している。
ここで、導通部材６２は弾性体であり電極２２ｆと接する部位に導体部６２ａが構成されている。また、導通部材６３は導電ゴム等の導体性のある弾性体であり、電極２２ｆおよび電極線５が接続された導通部６４と接することにより、電極２２ｆと電極線５との導通を確保している。なお、蓋６１と導通部６４とは絶縁部６５により絶縁されている。
導通部材６２、６３における導通部の幅Ｃは、溝２３の底部でクラックが生じても素子２２ａ〜２２ｄ間の導通が確保できる幅に設定されている。
以上の構成により、３つの溝のいずれかでクラックが生じたとしても、電極線５と素子２２ａ〜２２ｄの電極との導通を確保することができ、感度が低下する等の不具合を防止することが出来る。
以上のように、本発明にかかる超音波送受信器は、圧電体に溝を設けることにより発生する溝底部での強度低下を防止し、クラックの発生を防止する、或いは、クラックが発生しても導通を維持可能な超音波送受信器を提供することが可能となるので、流量計測装置等に用いる場合に、耐久性・信頼性の向上を図ることが出来る。
１ 金属ケース（導体）
２、２２、４２ 圧電体
２ａ、２ｂ、２２ａ〜２２ｄ、４２ａ〜４２ｄ 素子
２ｃ、２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、４２ｅ、４２ｆ 電極
３、２３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 溝
５ 電極線
７ 補強部（半田）
１０、２０、３０、４０、４０’、５０、６０ 超音波送受信器
４１ 補強導体
６１ 蓋（押圧部材）
６２、６３ 導通部材
２、２２、４２ 圧電体
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２ｃ、２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、４２ｅ、４２ｆ 電極
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５ 電極線
７ 補強部（半田）
１０、２０、３０、４０、４０’、５０、６０ 超音波送受信器
４１ 補強導体
６１ 蓋（押圧部材）
６２、６３ 導通部材
Claims (3)
- 対向する両面に電極を有し、一方の電極面を溝で複数の素子に分割した圧電体と、
前記複数の素子の全素子の電極と電気的に接続された導体と、
前記圧電体の他方の面で前記溝の底に位置する部位に設けた補強部と、
を備え、
前記溝を複数設け、前記補強部は前記溝に位置する部位の内の少なくとも両端の２箇所に設けたことを特徴とする超音波送受信器。 - 対向する両面に電極を有し、一方の電極面を溝で複数の素子に分割した圧電体と、
前記複数の素子の全素子の電極と電気的に接続された導体と、
前記圧電体の他方の面で前記溝の底に位置する部位に設けた補強部と、
を備え、
前記補強部を半田で形成し、その内の少なくとも１つの補強部に電極線を接続したことを特徴とする超音波送受信器。 - 対向する両面に電極を有し、一方の電極面を溝で複数の素子に分割した圧電体と、
前記複数の素子の全素子の電極と電気的に接続された導体と、
前記圧電体の他方の電極面で前記溝の底に位置する部位に設けた導通部材と、
前記導通部材を前記他方の電極面に押圧する押圧部材と、
を備えた超音波送受信器。
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