JPH02236478A - 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ＤＩ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２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）は円筒形をした函状のケース
、（２）はケース（１）の開口部を密閉するケース力バ
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押さえ部材保持板（４）の
外周縁がネジ（６）で固定されている。（７）は振動子
押さえコイルスプリングである。このコイルスプリング
（７）はケース（１）の底部内面に８００℃で焼成され
た接合部材で、超音波伝播部材を兼ねる銀ペースト（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！！ｉ２　
（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−ス（１）の底部に向けて常時
付勢している。（１０）はケース力バー（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。（
ｌ２）はシールコネクタ（１０）に接続されたケーブル
、（１３）はケース力バー（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ューサは上記のように構成され
、ケース（１）とケース力バー（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でパルス巾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ＩＪ＠　（−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課題］ 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）の抑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巾が長くなって、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。

［課題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、密閉された
容器と、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
流体と、超音波振動子の容器底部側の面とは反対側の面
に載置された絶縁部材と、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た複数の振動子押さえネジ
と、振動子押さえネジの先端部に可動可能に被冠された
有底筒状のシューと、振動子押さえネジとシューの底部
との間に介装され、シューを超音波振動子の上面に向け
て常時付勢するスプリングとを備えてなるものである。

［作用コ この発明においては、密閉された容器の底部内面に超音
波を伝ばんするための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の先端部に可動可能に被冠され
、スプリングによって超音波振動子の上面に向けて常時
付勢された有底円筒状のシューで絶縁部材を介して容器
の底部内面に抑圧固定されているから、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、更に
各振動子押さえネジ及びシューで超音波振動子が局部的
に抑圧調整可能なために、超音波振動子の容器接触面が
容器の底部内面に柔軟に・倣い、しかも温度変化による
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
各振動子押さえネジの先端部にスプリングで付勢されて
設けられたシューが可動して超音波振動子と容器の底部
内面の間の液体例えばシリコーンオイル層の厚さを均一
にするため、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、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（３）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、キューり点が
３６０℃、電気機械結合係数０．４５、周波数が約２、
５Ｍ肚でセンサーとして組み上げた際のパルス巾が約２
０μｓｅｃのもので、ステンレスとは熱膨張係数が異な
る。（ｌ４）は複数のネジ穴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）
の各ネジ穴に螺合される振動子押さえネジ、（Ｉ６）は
振動子押さえネジ（１５）の先端部にそのネジ軸方向に
可動可能に被冠された存底円筒状の金属製のシュー　（
１７）は振動子押さえネジ（１５）の先端部とシュー（
１６）の底部との間に介装され、シュー（１６）を超音
波振動子（３）に向けて付勢するコイルスプリングであ
る。（１８）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／σの絶縁性、Ｉ
　Ｘ　１０７１？ａｄオーダ以上の耐放射性を有する。

ク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（３）との間に
介在させられている。

超音波振動子（３）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）の底部内而にシ
リコーンオイル（１９）を塗布し、しかる後に超音波振
動子（３）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（３）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
シ一ト（１８）を載置する。

次に、先端側にシュー（１６）及びスプリング（１７）
を有する振動子押さえネジ（１５）が螺合されている押
さえ部材保持板（】４）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）の先端部に彼冠されているシ
ュー（ｌＢ）によってポリイミドシ一ト（１８）を押圧
し、これら振動子押さえネジ（１５）の押圧力及びコイ
ルスプリング（ｌ７）の付勢力によって超音波振動子（
３）はステンレスケース（１）の底部内面に抑圧固定さ
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（
３）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
波振動子ク３）の電気機械結合係数０．１７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（３）は、ステンレスケース（１）に固定された
押さえ部材保持Ｉｆ　（１４）に螺合した複数の振動子
押さえネジ（１５）及びその先端部に被冠されたシュ−
　（１Ｂ）でポリイミドシ一ト（ｌ８）を介してステン
レスケース（１）の底部内面に抑圧固定され、その底部
内面と超音波振動子（３）のケース接触面との間にはシ
リコーンオイル（ｌ９）が介在しているから、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、更に、各振動子押さえネジ（１５）及びシュー（１
６）で超音波振動子（３）がポリイミドシ一ト（１８）
を介して局所的に押圧されるため、超音波振動子（３）
のケース接触面がステンレスケース（１）の底面内面に
柔軟に倣い、しかも温度変化による超音波振動子（３）
とステンレスケース（１）の底部内面との間に生じる熱
膨張による歪みを各振動子押さえネジ（ｌ５）の先端部
にコイルスプリング（ｌ７）で付勢されて設けられたシ
ューク１７）が可動してシリコーンオイル（１９）と共
に吸収するために、超音波振動子（３）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（
１５）と超音波振動子（３）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−　｝　（１ｇ）としたの
は、耐熱性を有し、しかも柔軟性があり、シュー（１６
）で超音波振動子（３）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（３
）はニオブ酸リチウムのような臂開性がないから、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（３）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（ｌ７）としてポリイ
ミドシ一トを用いているが、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。

また、シュー（１Ｂ）は金属製であるが、硬質合成樹脂
で形成されたものであってもよい。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、密閉された容器の底部
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阪に螺合した複数の振動子押さ
えネジの先端部に可動可能に被冠され、スプリングによ
って超音波振動子の上面に向けて常時付勢された有底円
筒状のシューで、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及びシューで超音波振
動子が局部的に抑圧調整できるので、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、更に、超音波振動子の容器接触面が容器の
底部内面に柔軟に倣い、しかも温度変化による超音波振
動子と容器の底部内面との間に生じる熱膨張を各振動子
押さえネジの先端部にスプリングで付勢されて設けられ
たシューが可動してシリコーンオイルと共に吸収するた
め、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、ＳＺＮ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）　、（３）は超音
波振動子、（１４）は押さえ部材保持板、（ｌ５）は振
動子押さえネジ、（ｌ６）はシュー　（１７）はコイル
スプリング、（１８）はポリイミドシ一ト（絶縁部材）
　、（１９）はシリコーンオイル（液体）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 密閉された容器と、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、超音波振動子の容器底部側の面とは
   反対側の面に載置された絶縁部材と、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た複数の振動子
   押さえネジと、振動子押さえネジの先端部に可動可能に
   被冠された有底筒状のシューと、振動子押さえネジとシ
   ューの底部との間に介装され、シューを超音波振動子の
   上面に向けて常時付勢するスプリングとを備えたことを
   特徴とする超音波トランスジューサ。