JPH0243898A - 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 本発明は超音波を送・受信できる貼り合わせ型圧電素子
を用いた超音波トランスジューサに関する。

従来の技術 従来より貼り合わせ型圧電素子を用いた超音波トランス
ジユーサは種々のものが提案あるいは実用化されている
。

第３図は本願出願人が提案している超音波トランスジュ
ーサの一例の構造を示す縦断面図である（特開昭６０−
１９８９９９号公報）した。

この超音波トランスジューサは、図からも明らかなよう
に、貼り合わせ型圧電素子１の中心部に振動板２を弾性
接着剤３を介して取付けるとともに、前記圧電素子１の
振動の節部を支持台４の先端に弾性接着剤３ａをもって
固定し、さらに一端が振動板２の周囲と弾性的に当接し
他端が前記圧電素子１と弾性接着剤３ｂによって固着さ
れる弾性体からなる中空形状の緩衝部材５を備えている
。

なお、６，６ａは端子、７は金属ケース、８は金属ケー
ス７の上部開口に取付けられた保護用メツシュ、９，９
ａは前記圧電素子１と端子６，６ａを電気的に接続する
リード線、１０は、金属ケース７にかしめられることに
より取付けられ、前記金属ケース７の下部開口を端子６
，６ａを介して閉鎖するとともに、前記端子６．６ａの
グランドとなる一方、端子６と電気的に接続される金属
／’＜　−スをそれぞれ示している。

発明が解決しようとする課題 第３図に示した超音波トランスジューサは上述したよう
に緩衝部材５を備えており、超音波送受信時の立下がり
特性を急峻にできる等の効果を有している。

しかしながら、近年特に要望が強まっている低コスト化
、耐ノイズ性の向上について考えてみると、依然として
以下のような点で改善の余地が残っている。

第３図の超音波トランスジューサは、端子６゜６ａを図
面でいうと下方に備えており、圧電素子１に対しての電
気信号の授受を行うための構成は、通常金属ケース７外
で前記端子６，６ａと図示していない増幅器等の外部装
置から引き出された外部リード線とを半田付けすること
により形成されている。

このため、前記半田付は部分を含む端子部が金属ケース
７外でむき出しとなり、そのままでは外来ノイズの影響
をきわめて受けやすく、現実の使用に際しては、前記端
子部にたとえばシールド板を設ける等のシールド処理を
施す必要があった。

すなわち、シールド処理のための材料、加工工程が必要
となり、かかる点においてコストアップを生じてしまう
不都合を有していたわけである。

加えて、上述のシールド処理は、施したとしても金属ケ
ース７とたとえばシールド板とグランドとなる端子６の
三者が電気的に共通なインピーダンスを有するようにな
るだけであり、前記金属ケース７またはシールド板に飛
び込んだノイズはグランドレベルを揺さぶることになり
、ＳＺＮ比の点からみると特に好ましいとは言えなかっ
た。

さらに、先に述７ベた端子６，６ａと図示していない外
部リード線との半田付は作業自体について考えてみても
、端子６が金属ケース７にかしめられている金属ベース
１０と接続されているのに対して端子６ａは金属ベース
１０とは分離されており、端子６と端子６ａとはその熱
容量に大きな差を有していることから、以下のような不
都合を生じるおそれを有している。

すなわち、上述したように端子６，６ａはその熱容量に
差を有しているため、同一熱容量を供給しても端子６は
端子６ａに比べて温度上昇しにくく、この結果、半田付
は作業に関して考えてみると、たとえば同一の半田ごて
にて作業する場合、半田付は作業に要する時間に差が発
生し、その作業性は決してよいとは言えなかった。

また、半田付は作業時間は短い方が作業性の点からも好
ましく、たとえば、今、熱容量の大きな端子６に対して
の半田付は作業を考慮して火熱容量の半田ごてを採用し
たとすると、確かに端子６の半田付は作業は適当な時間
で終了できることになるが、端子６ａに対しての半田付
は作業についてはきわめて短時間の作業でよいことにな
り、逆に、その作業が困難になってしまう不都合を生じ
ることが考えられる。

これは半田付は作業時、端子６ａに作業に必要な時間よ
りも長時間大熱容量の半田ごてを当接すると、リード線
９ａが端子６ａを介して急激に熱せられることになり、
ともすれば前記リード線９ａと圧電素子１あるいは端子
６ａとの半田付は処理部分を溶融してしまい電気的接続
を開放してしまうおそれがあることを考えると明らかで
ある。

すなわち、前記端子６ａの半田付は時間には大きな注意
を払う必要があるわけであるが、前記のように火熱容量
の半田ごてを採用し半田付は作業に必要な時間が短かく
なると、前記時間の管理が難しく、結果として端子６ａ
に対しての半田付は作業が困難となるわけである。

なお、端子６に対しての半田付は作業時においても前述
したような電気的接続の開放という不都合が生じるおそ
れのあることはいうまでもない。

本発明は上述したような諸点を考慮してなしたもので、
低コストでノイズの影響を受けにくい、かつ半田付は作
業の作業性のよい超音波トランスジューサを提供するこ
とを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の超音波トランスジユーサは、貼り合わせ型電圧
素子の中心部に接着部を介して取付けられる振動板と、
一端がこの振動板の周辺と他端が圧電素子と弾性的に当
接する緩衝部材と、一端部が閉鎖されている中空円柱形
状の金属ケースと、この金属ケースの中空部と外部とを
連接する切溝と、中空部内に収納固定されるとともに圧
電素子を弾性保持台を介して支持し圧電素子を金属ケー
ス内に位置せしめる樹脂部材と、信号導体が前記圧電素
子に、遮蔽導体が前記金属ケースにそれぞれ半田付けさ
れるとともに、切溝を介して金属ケース外に導出される
２芯シールド線と、樹脂部材と一体に形成され信号導体
の中空部内での位置を規制する規制手段と、金属ケース
の開口端部に位置することにより指向特性、受波感度を
改善する金属性の音響管と、超音波を送、受する開口を
備えるとともに、開口の反対側に音響管、金属ケースを
収納する収納凹部を有するホーンと、収納凹部内に金属
ケースをその開口端部に音響管を位置させた状態で固着
する固着手段と、金属ケースから導出された２芯シール
ド線を収納凹部外に導くためにホーンに形成される引き
出し溝とを備えて構成されている。

作　　　用 本発明による超音波トランスジューサは、上述したよう
に遮蔽導体が金属ケースに半田付けされる２芯シールド
線を備えていることから、特別なシールド処理は必要な
く、また信号導体のグランドと前記遮蔽導体とが電気的
に分離されることになる。

また、圧電素子あるいは外部装置に対する半田付けはそ
れぞれ２芯シールド線の信号導体との間の処理となり、
このため半田付けに必要な熱容量に大きな差が生じるこ
とはない。

さらに、２芯シールド線を金属ケースの切溝。

ホーンの引き出し溝を介して引き出すことにより金属ケ
ースを一端部が閉鎖された中空柱形状としていることか
ら、圧電素子等の金属ケース内への配置作業は所定の一
方向から行える作業となる。

実　　施　　例 第１１図は本発明による超音波トランスジユーサの一実
施例を示す分解断面図であり、図中第３図と同符号のも
のは同一機能部材を示している。

第１図からも明らかなように、この実施例は一端部７ａ
が閉鎖されている中空円柱形状の金属ケース７の中空部
７ｂ内に樹脂部材１１が適宜の接着剤にて固着されてい
る。

樹脂部材１１の上部には弾性保持台１２が弾性接着剤３
Ｃを介して設けられ、さらにこの弾性保持台１２の上に
貼り合わせ型圧電素子１が弾性接着剤３ａを介して保持
されている。

圧電素子１は部分１ａ、ｌｂにおいて２芯シールド線１
３の信号導体１３ａ、１３ｂと半田付けされ、また、そ
の中央部には第３図に示した従来例同様、振動板２が接
着剤３によって固着され、さらにこの振動板２と圧電素
子１の間には緩衝部材５が設けられている。なお、緩衝
部材５の一部には前記信号導体１３ｂと圧電素子１との
半田付は処理のための切り欠き部５ａが形成されている
。

圧電素子１と半田付けされる信号導体１３ａ。

１３ｂは、樹脂部材１１上に形成されたたとえば規制溝
１４である規制手段によって金属ケース７の中空部７ｂ
内での位置が規制されている。

前記のように圧電素子１等を中空部７ｂ内に備えた金属
ケース７の前方、すなわち開口端部７ｃ側には、超音波
の送受信動作における超音波指向特性、受波感度を改善
する金属性の開口部１５ａを備えた音響管１５が配設さ
れる。

さらに前方には、超音波を送、受する開口１６ａを備え
、かつその反対側端部に前記音響管１５゜金属ケース７
を収納する収納凹部１６ｂを備えたホーン１６が位置す
る。なお、この第１図におけるホーン１６の図は、後述
の引き出し溝１０００固着手段１７を明確に示すため開
口１６ａ側から見て時計方向に９０°回転させた状態の
断面を示している。

前記収納凹部１６ｂには、たとえば金属ケース７の側面
と当接することによりこの金属ケース７を収納凹部１６
ｂ内に収納、固定するねじである固着手段１７が設けら
れている。なお、固着手段１７による金属ケース７の収
納凹部１６ｂ内への収納、固定時、音響管１５は金属ケ
ース７と前記収納凹部１６ｂ内壁との間に挟み込まれ、
すなわち前記金属ケース７を介して収納凹部１６ｂ内に
収納されることはいうまでもない。

また、ホーン１６には２芯シールド線１３を外部に引き
出すための引き出し溝１６ｃも形成されている。

一方、第１図では図面に現われていない２芯ンールド線
１３の遮蔽導体１３ｃは、第２図（ａｌに示した金属ケ
ース７部分の平面図からも明らかなように、金属ケース
７とその中空部７ｂの壁面で半田付けされており、信号
導体１３ａ、１３ｂのグランドとなる一方とは電気的し
に分離されている。

加えて第２図（ｂｌに示した金属ケース７部分の正面図
からも明らかなように、前記信号導体１３ａ。

１３ｂ１遮蔽導体１３ｃからなる２芯シールド線１３は
、金属ケース７の適宜部分に形成された切溝７ｄを介し
て前記金属ケース７の外部へ導出されている。

前記のような構成からなる本発明による超音波トランス
ジューサの一実施例は、たとえば以下のようにして製造
される。

まず、貼り合わせ型圧電素子１の中央部に振動板２をエ
ポキシ系接着剤にて固定し、さらに振動板２の周囲にシ
リコーンゴム等にて作製される円環状の緩衝部材５を配
し、その底面を必要に応じて当接している圧電素子１に
対してシリコーンゴム等にて接着する。

次に前記圧電素子１．振動板２等からなる組み合わせ部
材をシリコーンゴム等の弾性保持台１２を介して樹脂部
材１１上の中央部に接着、固定する。

さらに、電気信号授受のための信号導体１３ａ。

１３ｂの被覆部を樹脂部材１１上の規制溝１４内に挟み
込ませ、その状態でそれぞれの導体部を圧電素子１と半
田にて接続する。

次いで、前記圧電素子１．樹脂部材１１等からなる組み
合わせ体を金属ケース７の中空部７ｂ内に、前記樹脂部
材１１を適宜の接着剤１両面接着テープ等にて前記中空
部７ｂ内壁に接着することにより配設する。

このとき、２芯シールド線１３の遮蔽導体１３Ｃと金属
ケース７との半田付けを金属ケース７の中空部７ｂ内壁
の適宜部分にて行い、また前記２芯ンールド線１３を切
溝７ｄより引き出す。

以上で、第１図の金属ケース７部分が完成することは明
らかであり、次にホーン１６の収納凹部１６ｂに音響管
１５．前記のようにして完成せしめられた金属ケース７
部分の順に両者を収納し、金属ケース７の閉鎖端部７ａ
を音響管１５方向へ押圧しながら固着手段１７であるね
じを締付けることにより金属ケース７をホーン１６に固
定してやれば、第１図に分解図を示した本発明による超
音波トランスジューサの一実施例は完成せしめられるこ
とになる。

なお、このとき、金属ケース７と音響管１５は接触し、
すなわち電気的に結合され同電位となり、また２芯シー
ルド線１３は引き出し溝１６ｃを介してホーン１６の外
部に引き出されることはいうまでもない。

したがって、圧電素子１．振動板２．信号導体１３ａ、
１３ｂのそれぞれの導体部等は音響管１５の開口部１５
ａおよび金属ケース７の切溝７ｄを除いて金属にて覆わ
れかつ前記導体部のグランドとなる一方は遮蔽導体１３
ｃが半田付けされた金属ケース７とは異なる電位、すな
わち上述した周囲を覆う金属部分と電気的に分離される
ことになる。

また、外部装置との半田付けも含めた半田付は作業も、
第３図に示した従来例とは異なり、２芯シールド線１３
を中心に行われ、必要熱容量に大きな差が生じることは
ない。

なお、引き出し溝１６ｃを介して引き出された２芯シー
ルド線１３は、それ自体の柔軟性により適宜の方向へ必
要に応じて向けられる。

また、図示した実施例では規制溝１４であった規制手段
は、たとえば千鳥足状に設けたボスであってもよく、す
なわち信号導体１３ａ、１３ｂを規制できる構成であれ
ばよく、加えてかかる規制手段に規制された前記信号導
体１３ａ、１３ｂをさらにシリコーンゴムで接着すれば
より信頼性が向上することになる。

さらに信号導体１３ａ、１３ｂの導体部と圧電素子１と
を接続した部分１ａ、ｌｂ等も、すなわち半田付は部分
もシリコーンゴム等を塗布しておくことが、より好まし
い。

発明の効果 本発明による超音波トランスジューサは、圧電素子との
間の電気信号の授受を２芯シールド線にて行うとともに
前記圧電素子および振動板等の周辺のほぼ全域を金属で
ある金属ケースと音響管で覆っていることから、特別な
シールド処理を必要としない効果を有している。

加えて、前記金属ケースを２芯シールド線の遮蔽導体と
半田付けすることにより、２芯シールド線の信号導体の
グランドとなる一方と電気的に分離していることから、
Ｓ／Ｎ比の大きな向上を期待できる効果を有している。

さらに、必要な半田付は作業も２芯シールド線を中心し
に行われ必要熱容量に大きな差はなく、よってその作業
性がよくなる効果も期待できる。

製造作業全体についてみても、圧電素子、振動板、樹脂
部材等の金属ケース内に配される部材をそれらだけひと
つの組み合わせ体とすることができ、かつ音響管と金属
ケースとは当接だけで互いに固着されてはおらず、かか
る点より前記製造作業は簡単な作業となることは明らか
である。

なお、上述した特別なシールド処理を必要としない効果
半田付けの作業性がよくなる効果等により低コスト化で
きることもいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波トランスジユーサの一実施
例を示す分解断面図、第２図ｆａ）は第１図中の金属ケ
ース７部分の平面図、同図ｔｂ）はその正面図である。 第３図は従来の超音波トランスジユーサの一例を示す断
面図である。 １・・・・・・圧電素子、２・・・・・・振動板、５・
・・・・・緩衝部材、７・・・・・・金属ケース、１１
・・・・・・樹脂部材、１２・・・・・・弾性保持台、
１３・・・・・・２芯シールド線、１３ａ。 １３ｂ・・・・・・信号導体、１３ｃ・・・・・・遮蔽
導体、１４・・・・・・規制溝、１５・・・・・・音響
管、１６・・・・・・ホーン、１７・・・・・・固着手
段、７ｂ・・・・・・中空部、７Ｃ・・・・・・開口端
部、７ｄ・・・・・・切溝、１６ａ・・・・・・開口、
１６ｂ・・・・・・収納凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 貼り合わせ型電圧素子の中心部に接着部を介して取付け
   られる振動板と、一端が前記振動板の周辺と他端が前記
   圧電素子と弾性的に当接する緩衝部材と、一端部が閉鎖
   されている中空円柱形状の金属ケースと、前記金属ケー
   スの中空部と外部とを連接する切溝と、前記中空部内に
   収納固定されるとともに前記圧電素子を弾性保持台を介
   して支持し前記圧電素子を前記金属ケース内に位置せし
   める樹脂部材と、信号導体が前記圧電素子に、遮蔽導体
   が前記金属ケースにそれぞれ半田付けされるとともに、
   前記切溝を介して前記金属ケース外に導出される２芯シ
   ールド線と、前記樹脂部材と一体に形成され前記信号導
   体の前記中空部内での位置を規制する規制手段と、前記
   金属ケースの開口端部に位置することにより指向特性、
   受波感度を改善する金属性の音響管と、超音波を送、受
   する開口を備えるとともに、前記開口の反対側に前記音
   響管、金属ケースを収納する収納凹部を有するホーンと
   、前記収納凹部内に前記金属ケースをその開口端部に前
   記音響管を位置させた状態で固着する固着手段と、前記
   金属ケースから導出された前記２芯シールド線を前記収
   納凹部外に導くために前記ホーンに形成される引き出し
   溝とを備えてなる超音波トランスジューサ。