JPH01162183A - 超音波トランスジューサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は例えば、距離の測定などに用いられる超音波
トランスジューサ、特に、距離分解能の向上を図るもの
に関する。

［従来の技術］ 第３図は従来の超音波トランスジューサを示す断面図で
ある。図において、（１）は円筒形をしだ面状のケース
、（２）はケース（１）の開口部を密閉するケースカバ
ーで、ケース（１）に接着により組み付けられて密封容
器が構成される。（３）はケース（１）の底部内面に配
設された例えばニオブ酸リチウムからなる円板状の超音
波振動子である。

（４）は円板状の押さえ部材保持板で、ケース（１）の
内周面部に形成された段部にネジ（８）で押さえ部材保
持板（４）の外周縁が固定されている。（７）は振動子
押さえコイルスプリングで、ケース（１）の底部内面に
８００℃で焼成された接合部材である銀ペースト（８）
で接合された超音波振動子（３）とケース（１）の内周
面部に外周縁が固定された押さえ部材保持板（４）との
間に介装され、超音波振動子（３）を円形の絶縁板（９
）を介してケース（１）の底部に向けて常時付勢してい
る。（１０）はケースカバー（２）を貫通して取り付け
られたコネクタ、（１１）は電線で、コネクタ（１０）
と超音波振動子（３）とを接続している。（１２）はシ
ールコネクタ（１０）に接続されたケーブル、（１３）
はケースカバー（２）に取り付けられた支柱である。

従来の超音波トランスジユーサは上記のように構成され
、ケース（１）とケースカバー（２）によって密閉され
た超音波振動子（３）に所定の電圧が印加されたときに
は、周波数が２．５ＭＨｚでパルス中５０μｓｅｃの超
音波を発振し、その超音波は銀ペースト（８）及びケー
ス（１）の底部を透過してケース（１）外に送り出され
る。このときの指向角は１．３’　　（−６ｄＢ）でＳ
／Ｎ比はせいぜい２０ｄＢであった。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の超音波トランスジューサでは、ケー
ス（１）の底部内面に銀ペースト（８）で接合された超
音波振動子（３）は振動子押さえコイルスプリング（７
）でケース（１）の底部に向けて押圧されているが、そ
の振動子押さえコイルスプリング（７）の押圧は超音波
振動子（３）のケース接触面とは反対側の面を均一に押
圧するやり方であるから、ケース（１）の底部内面にミ
クロにみてくぼみがあるときに、振動子押さえコイルス
プリング（７）の押圧力が均一なために超音波振動子（
３）のケース接触面の一部がケース（１）の底部内面に
倣わないことがあり、そのため空気層が一部に生じたり
、銀ペースト（８）の厚さが不均一になり、超音波振動
子（３）で発生した超音波の透過率即ち音響の伝播効率
が悪くなり、更に超音波の波形に歪みを生じさせ、Ｓ／
Ｎ比が低下すると共にパルス中が長くなって、距離分解
能を低下させるという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、Ｓ／Ｎ比が良好で、しかも距離分解能が向上した超
音波トランスジューサを得ることを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る超音波トランスジューサは、容器の底部
内面に超音波振動子を液体を介して配設し、容器の内周
面に外周縁が固定された押さえ部材保持板に設けられた
複数のネジ穴に螺合した振動子押さえネジで絶縁部材を
介して超音波振動子を容器の底部内面に押圧するように
構成したものである。

［作用］ この発明においては、容器の底部内面に液体を介して配
設された超音波振動子は容器に固定された押さえ部材保
持板に螺合した複数の振動子押さえネジで絶縁部材を介
して容器の底部内面に押圧固定されているから、超音波
振動子はケースとの接合面と平行な方向には固定されな
いため、温度変化が生じた時に超音波振動子と容器の底
部内面との間に生じる熱膨張を吸収することができる。

更に容器の底部内面にくぼみがあってもそのくぼみは液
体で充填され、しかも各振動子押さえネジで、超音波振
動子が局部的に押圧調整可能なために、超音波振動子の
容器接触面が容器の底部内面に倣うこととなり、超音波
振動子で発生した超音波が容器を透過するまで透過率即
ち音響の伝播効率が良好となると共に超音波の波形の歪
みを改善することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は超
音波振動子の押さえ機構を示す部分拡大断面図である。

図において、従来例と同一の構成は同一符号を付して重
複した構成の説明を省略する。（１）はステンレスケー
ス、（２）はステンレスケースカバー、（１４）は複数
のネジ穴（１４ａ）を互いに等間隔に有する円板状の押
さえ部材保持板で、その外周縁がステンレスケース（１
）の内周面部に形成された段部にネジ（６）で固定され
ている。

（１５）は押さえ部材保持板（１４）の各ネジ穴（１４
ａ）に螺合される振動子押さえネジ、（１６）は振動子
押さえネジ（ｔｅ）の先端に螺着されたステンレスの押
さえ片、（１７）は絶縁部材である柔軟性を有するポリ
イミドで、２５０℃の耐熱性、１０１７Ω／ｃｍの絶縁
性、Ｉ　Ｘ　１０７Ｒａｄオーダ以上の耐放射性を有す
る。

（１８）はチタン酸鉛系セラミックスからなる円板状の
超音波振動子で、キューリ点が３６０℃、電気機械結合
係数０．４５、周波数が約２．５ＭＨｚでパルス巾が２
０μｓｅｃのもので、ステンレスとは熱膨張係数が異な
る。（１９）は液体であるシリコーンオイルで、ステン
レスケース（１）の底部内面と超音波振動子（１８）と
の間に介在させられている。

ｍ音波振動子（１８）のステンレスケース（１）への取
り付けは、まず、ステンレスケース（１）の底部内面に
シリコーンオイル（１９）を塗布し、しかる後に超音波
振動子（１８）をシリコーンオイル−（１９）が塗布さ
れたステンレスケース（１）の底部内面に配設する。そ
の超音波振動子（１８）のケース接触面とは反対側の面
に絶縁部材としての柔軟性を有する耐熱シートであるポ
リイミドシート（１７）を載置する。次に、各ネジ穴（
１４ａ）に振動子押さえネジ（１５）が螺合された押さ
え部材保持板（１４）の外周縁をステンレスケース（１
）の内周面部に形成された段部にネジ（６）で固定する
。しかる後、各振動子押さえネジ（１５）を螺回し、振
動子押さえネジ（１５）の先端に取り付けられている押
さえ片（１Ｂ）によってポリイミドシート（１７）を押
圧し、これら振動子押さえネジ（１５）の押圧力によっ
て超音波振動子（１８）はステンレスケース（１）の底
部内面に押圧固定される。最後に、ステンレスケース（
１）にステンレスケースカバー（２）を溶接で取り付け
る。

上記のように構成された超音波トランスジューサにおい
ては、チタン酸鉛系セラミックからなる超音波振動子（
１５）はキューリ点が３６０℃であるから、トランスジ
ューサ使用条件が温度２００℃〜２５０℃であっても、
温度の影響を受けることなく正常に動作し、電気機械結
合係数が０．４５と従来のニオブ酸リチウムからなる超
音波振動子（３）の電気機械結合係数に比べて高く、電
気・超音波相互の変換効率が良好であり、超音波エネル
ギーが大きくなってＳ／Ｎ比が向上した。また、ステン
レスケース（１）の底部内面に配設された超音波振動子
（１８）は、ステンレスケース（１）に固定された押さ
え部材保持板（１４）に螺合した複数の振動子押さえネ
ジ（１５）でポリイミドシート（１７）を介してステン
レスケース（１）の底部内面に押圧固定され、その底部
内面と超音波振動子（１８）のケース接触面との間には
シリコーンオイル（１９）が介在しているから、超音波
振動子（１８）はステンレスケース（１）との接合面と
平行な方向には固定されないため、温度変化が生じた時
に超音波振動子（１８）とステンレケース（１）の間に
生じる熱膨張差を吸収することができるため、劣化の少
ない優れた耐久性を有することができる。更に、ステン
レスケース（１）の底部内面にミクロにみてくぼみがあ
っても、そのくぼみはシリコーンオイル（１９）で充填
され、しかも各振動子押さえネジ（１５）の押さえ片（
１６）で超音波振動子（１８）がポリイミドシート（１
７）を介して局所的に押圧されるため、超音波振動子（
１８）のケース接触面がステンレスケース（１）の底面
内面に倣うこととなり、超音波振動子（１８）で発生し
た超音波がステンレスケース（１）を透過するまでの透
過率即ち音響の伝播効率が良好となり、Ｓ／Ｎ比が向上
すると共に超音波の波形に歪みを生じさせることがなく
なる。従って、Ｓ／Ｎ比が向上すると共にパルス巾が短
かくなり、距離分解能も向上する。また、振動子押さえ
ネジと（１１）と超音波振動子（１８）とを絶縁するた
めに設けられる絶縁部材をポリイミドシート（１７）と
したのは、耐熱性を有し、しかも柔軟性があり、振動子
押さえネジ（１１）で超音波振動子（１Ｂ）を押圧した
ときに、局部的に押圧調整することができるため、ステ
ンレスケース（１）の底部内面に倣わせるに最適なもの
だからである。更に、チタン酸鉛系セラミックスからな
る超音波振動子（１８）とステンレスケース（１）とは
熱膨張係数が大きく異なるが、ステンレスケース（１）
の底部内面と超音波振動子（１８）のケース接触面との
間にシリコーンオイル（１９）が介在しているから、温
度変化によって生じる超音波振動子（１８）にソリをシ
リコーンオイル（１９）で吸収し、従来のハンダ付けに
よって生じるソリによる指向性の悪化及び剥離という問
題も起こらない。また、チタン酸鉛系セラミックスから
なる超音波振動子（１Ｂ）はニオブ酸リチウムのような
襞間性がないから、割れに＜＜、熱衝撃にも強い。従っ
て、超音波振動子製造時の歩留りが良好となると共に寿
命も向上した。

なお、この実施例では、超音波振動子（１８）がキュー
リ点３００℃以上のチタン酸鉛系セラミックスで形成さ
れているが、これに限るものではなく、ステンレスケー
ス（１）と熱膨張係数が異なっても、電気機械結合係数
が大きく、高温用のものであれば、この発明を適用しえ
ることは勿論である。例えば、チタン酸鉛系セラミック
ス以外のものとしてジルコン酸チタン酸鉛系セラミック
スがある。

また、この実施例では、絶縁部材（１７）としてポリイ
ミドシートを用いているが、絶縁性を有し、柔軟性があ
る材質であれば、これに限られないことは勿論である。

更に、液体としてシリコーンオイルを用いているが、他
のオイル、液体金属を用いても、シリコーンオイルと同
様の機能を発揮することはいうまでもない。また、この
実施例では容器はステンレスで構成されているが、他の
金属、セラミックス、エンジニアリングプラスチックで
構成するようにしてもこの発明を実施しえることは勿論
である。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、容器の底部内面に液体
を介して配設された超音波振動子はステンレスケースに
固定された押さえ部材保持板に螺合した複数の振動子押
さえネジで絶縁部材を介して容器の底部内面に押圧固定
され、各振動子押さえネジによって超音波振動子が局部
的に押圧調整できるので、超音波振動子が容器との接合
面と平行な方向に固定されないため、温度変化が生じた
時に超音波振動子と容器の間に生じる熱膨張差を吸収で
きるため、劣化の少ない優れた耐久性を有することがで
きる。更に、容器の底部内面にくぼみがあってもそのく
ぼみは液体で充填され、空気層がなくなり、しかも振動
子押さえネジで超音波振動子が絶縁部材を介して局所的
に押圧されるために超音波振動子の容器接触面が容器の
底部内面にな倣うこととなり、超音波振動子で発生した
超音波が容器を透過するまでの音響の伝播効率が良好と
なり、Ｓ／Ｎ比が向上すると共に超音波の波形に歪みを
生じさせることがなくなってパスル巾が短かくなって、
距離分解能が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は超
音波振動子の押さえ機構を示す部分拡大断面図、第３図
は従来の超音波トランスジューサを示す断面図である。 図において、（１）はステンレスケース（容器）、（２
）はステンレスケースカバー（容器）　、（１４）は押
さえ部材保持板、（１４ａ）はネジ穴、（１５）は振動
子押さえネジ、（１７）はポリイミドシート（絶縁部材
）、（１８）は超音波振動子、（１９）はシリコーンオ
イル（液体）である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器の底部内面に配設された超音波振動子と、容
   器の底部内面と超音波振動子との間に介在させられた液
   体と、容器の内周面に外周縁が固定された押さえ部材保
   持板と、押さえ部材保持板に設けられた複数のネジ穴に
   螺合され、先端が絶縁部材を介して超音波振動子の容器
   接触面と反対側の面を押圧する複数の振動子押さえネジ
   とを備えたことを特徴とする超音波トランスジューサ。
2. （２）超音波振動子はキューリ点が３００℃以上のチタ
   ン酸鉛系セラミックスであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の超音波トランスジューサ。
3. （３）液体はシリコーンオイルであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の超音波トランス
   ジューサ。
4. （４）絶縁部材は柔軟性を有した耐熱性シートからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第
   ３項記載の超音波トランスジューサ。