JP7296581B2 - 超音波センサ - Google Patents
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Description
Z2^2=Z1×Z3・・・(1)
を満たす場合である。
Z2^2=Z1×Z3
Z3^2=Z2×Z4
を満たす場合である。
記熱可塑性樹脂は厚み方向より注入されたことを特徴とする超音波センサである。
図1は、本開示の超音波センサの一例を示す断面図である。超音波センサ1は、第一音響整合層2と第二音響整合層5と圧電素子7を備える。圧電素子7は、圧電セラミックスによって構成され、厚さ方向に分極されている。圧電素子7は、有底筒状の金属筐体6の天板6aの内側に接合されている。また、圧電素子7は、天板6aとの接合面が長方形の直方体である。
部3に生じた樹脂の流動方向(矢印9で示す)を圧電素子7の長軸方向に合わせた状態を示している。
以下、実施形態の超音波センサを作製し、特性を調べた結果を説明する。
(実施例1)
実施の形態1において、下記の通り超音波センサの作製を行った。
ーを充填させた樹脂層が露出しており、中空フィラー由来の直径50μmの孔構造を有する。圧電素子の長軸方向と第一音響整合層の樹脂注入方向を平行にすることで、金属筐体との貼り合わせを実施した。
実施の形態1において、下記の通り超音波センサの作製を行った。
実施の形態1において、下記の通り超音波センサの作製を行った。
実施の形態1において、下記の通り超音波センサの作製を行った。
実施の形態1において、下記の通り超音波センサの作製を行った。
実施の形態1において、下記の通り超音波センサの作製を行った。圧電素子として、厚さ2.65mm、長軸方向7.4mm、短軸方向3.55mmの直方体状のチタン酸ジルコン酸鉛を用いた。この圧電素子は長軸方向に溝を有している。接着剤として、常温で液状であり、加熱により固化するエポキシ系の接着剤を用いた。金属筐体として厚さ0.2mmのSUS304からなるものを用いた。第二音響整合層としてポリメタクリルイミド発泡樹脂を用いた。密度は0.07g/cm3であり、寸法は直径10mm、厚み0.75mmの円板状に加工したものを使用している。
実施の形態1において、下記の通り超音波センサの作製を行った。圧電素子として、厚さ2.65mm、長軸方向7.4mm、短軸方向3.55mmの直方体状のチタン酸ジルコン酸鉛を用いた。この圧電素子は長軸方向に溝を有している。接着剤として、常温で液状であり、加熱により固化するエポキシ系の接着剤を用いた。金属筐体として厚さ0.2mmのSUS304からなるものを用いた。第二音響整合層としてポリメタクリルイミド発泡樹脂を用いた。密度は0.07g/cm3であり、寸法は直径10mm、厚み0.7
5mmの円板状に加工したものを使用している。
作製した超音波センサの特性を測定した。測定方法は、作製した一対の超音波センサを対向させ、一方を送信器とし、他方を受信器として、超音波の送受信を行った。比較例7の特性を1とした時の相対値を示す。また、接合信頼性を確認する方法として-40℃環境に30分、80℃環境に30分を1サイクルとする熱衝撃試験を200サイクル実施したセンサの特性を、初期特性と比較してその変化率を確認した。 信頼性については、熱衝撃試験後の特性変化が±30%を超える試料を「×」、±30%から5%の試料を「○」、±5%以下の試料を「◎」として記載する。表1にこれらの結果をまとめて示す。
センサの初期特性は、第一音響整合層の密度が1.0g/cm3から1.5g/cm3の範囲の試料は、高い特性を示すことが分かった。これは、圧電素子、および第二音響整合層のインピーダンス整合と第一音響整合層内の超音波の伝達効率の観点から、硬質かつインピーダンス整合が取れている範囲であるためと考えられる。特に、第一音響整合層の密度が1.5g/cm3の場合、高い特性を示している。
2 第一音響整合層
3 スキン部
4 コア部
5 第二音響整合層
6 金属筐体
7 圧電素子
Claims (4)
- 少なくとも圧電素子と積層し接合された複数の音響整合層で構成され、
前記圧電素子に隣接する前記音響整合層(第一音響整合層)が熱可塑性樹脂からなり、前記熱可塑性樹脂は厚み方向より注入され、
前記圧電素子は、接合面が長方形である直方体であり、前記第一音響整合層は前記熱可塑性樹脂の注入による流動方向を持ち、前記流動方向と前記圧電素子の長軸方向を平行に合わせて積層し接合されたことを特徴とする超音波センサ。 - 前記第一音響整合層の平均密度が1.0g/cm 3 以上、1.5g/cm 3 以下であることを特徴とする請求項1記載の超音波センサ。
- 前記第一音響整合層の構成成分として、ガラスまたはセラミックス、樹脂からなる中空球体が充填された材料からなることを特徴とする請求項1または2記載の超音波センサ。
- 前記第一音響整合層の厚みが音速の略1/4であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の超音波センサ。
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