JPH04336799A - 超音波変換器の製造方法 - Google Patents

超音波変換器の製造方法

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JPH04336799A
JPH04336799A JP4048058A JP4805892A JPH04336799A JP H04336799 A JPH04336799 A JP H04336799A JP 4048058 A JP4048058 A JP 4048058A JP 4805892 A JP4805892 A JP 4805892A JP H04336799 A JPH04336799 A JP H04336799A
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JP
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transducer element
elastomer
transducer
manufacture
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Rudolf Thurn
ルードルフ　トウルン
Hans-Joachim Burger
ハンス‐ヨアヒム　ブルガー
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/067—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、唯一の単一体として振
動性エラストマーからなる音響整合層と接続されている
圧電変換器素子を有する超音波変換器の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】上記形式の超音波変換器の製法は米国特
許第４１２８３７０号明細書により公知である。この明
細書には、環境媒体の空気に整合させるためにエラスト
マーからなる整合層を使用している固体超音波変換器が
開示されている。変換器素子上にエラストマーを装着す
る場合これをその外囲線又はケーシングに対して出来る
だけ正確に位置決めしなければならない。このためには
上記の米国特許によれば、変換器素子を中心にまた高さ
及び平面的にも平行に位置決めする心出し部材が使用さ
れている。エラストマー整合層を変換器素子上に装着す
るためには、加熱されたエラストマーを特殊な形状の空
隙へ圧入して直接変換器素子上に押し付ける経費のかさ
む装置を使用する。この装置に付属するばね系は圧電セ
ラミックとして形成された変換器素子が例えば偏向及び
感度のようなその特性に関して過度の圧力に悩まされる
ことがないようにその押圧力が限定されている。上記方
法で使用される心出し素子は、変換器素子に接触された
導線を整合層と装着する前に通さなければならない開口
又は空隙を有している。例えば不所望の空気封入により
制限され得る整合層自体の品質をテストすることはこの
装置では不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題は
、超音波変換器を製造する上記の方法を上述の欠点を回
避しながら簡略化及び改良することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は、まずエラス
トマーからなる単一体を心出し外囲線を有する型枠部材
として製造し、次の処理工程で変換器素子をエラストマ
ー体中に心出し外囲線により心出ししながら装着し、そ
の整合層と接続することにより解決される。
【０００５】
【作用効果】これにより密度、音速、均質性その他の物
理的に重要なパラメータに関して整合層の特性をテスト
することが可能となり、マイナスの試験結果が生じた場
合型枠部材を排除するのみでよい。整合層それ自体の品
質テストはいくつかの測定により容易に行うことができ
る。これに対して先行技術では超音波変換器は変換器素
子と一緒にテストされることから、排除品が多くなりま
た不要な経費がかさむことになる。本発明による製造方
法の場合、変換器素子は整合層の装着に際していかなる
圧力にも曝されず、従ってその感度は変わることなく保
持される。本製造方法のもう１つの利点は、極く僅かな
簡単な工具及び補助材を必要とするに過ぎない点にある
。変換器素子から整合層への良好な音響転送を達成する
には変換器素子を整合層と接着することが有利であるこ
とが判明している。
【０００６】本発明の簡単な構成は、変換器素子を電気
的に接続するためにその両表面を金属化し、第１の金属
化表面を整合層と接着させる際に第１の導線を間に押し
込み、接着圧により金属化表面と接触させ、また第２の
導線はろう付けにより第２の金属化表面に接触させるこ
とにある。その際導線を通す煩雑な処置が回避されるこ
とは特に有利である。型枠部材をこれが変換器素子の装
入後に吸音材料で充填可能の空間を有するように形成し
た場合には、これにより変換器素子を受容しまた同時に
場合によっては吸音材料用保持材として使用することの
できる型枠部材からなる単一変換機構造体としての利点
が生じる。音響整合層を構成するエラストマーが８００
〜１６００ｍ／秒の縦波伝搬速度、５００〜１５００ｋ
ｇ／ｍ３　の密度、低い弾性係数及び低い機械的振動制
動を有する場合に、良好な整合層効果が達成される。
【０００７】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づき以下に詳述す
る。
【０００８】図１には、音響整合層３として形成された
型枠部材２及びその中に配置された変換器素子１を有す
る超音波変換器が示されている。変換器素子１の位置決
めは型枠部材２内の心出し外囲線４を介して行われる。 整合層３は鋳物から仕上げられた型枠部材２の構成要素
である。この整合層は超音波変換器の音波放射及び集音
素子を構成し、λ／４の厚さを有する（λは整合層３中
の変換器振動の波長である）。これは約２・１０７　ｋ
ｇ／ｍ２　ｓの変換器素子の高い音響波動インピーダン
スを４・１０２　ｋｇ／ｍ２　ｓの空気の極めて低い波
動インピーダンスに整合する働きをする。この整合は音
波放射及び集音に際して高い効率を可能にする。音響波
動インピーダンスは音速と密度との積からなり、従って
これらの両物質定数の値が低いことは媒体である空気へ
の整合が良好であることの前提条件である。５００〜１
５００ｋｇ／ｍ３　の密度並びに８００〜１６００ｍ／
秒の縦波伝搬速度を有するエラストマーは、環境媒体で
ある空気に良好に整合する。大きな到達距離を得るため
に整合層の材料は更に低い機械的減衰定数を有すべきで
ある。
【０００９】変換器素子１を型枠部材２の整合層３と接
着するが、その際同時にこの接着圧は第１の導線９を変
換器素子１の金属化表面７と接触させるのに利用するこ
とができる。第２の金属化表面８に変換器素子１を接続
するために直接第２の導線１０をろう付けする。この実
施態様の場合型枠部材２はこの円板状の変換器素子１の
側面に部分的に突出しているに過ぎない。これに対して
図２には、変換器素子１の装着後に必要な限りにおいて
吸音材料６を満たすことのできる空間５を形成する型枠
部材２を有する超音波変換器が示されている。この場合
吸音材料６は接着法又は注入法により施すことができ、
近接範囲の測定に使用するのに必要であるような変換器
の効率を低下させるのに利用する。
【００１０】上記の方法は音響的、物理的又は化学的要
求に関する種々の材料の組合せを容易に満足させるのに
適している。この場合同時に他のケーシング部分又は遮
蔽素子及び同様のものを集積するか否かは重要なことで
はない。本発明による予め仕上げられた素子からなる変
換器の製造方法は、変換器の構成要素がすでに予備テス
トでその幾何学的形状寸法又は音響的に重要な物質パラ
メータに関して単一体としてテスト可能である利点を提
供する。特性データの異常は完成変換器の仕上げ後に初
めて確認されるのではない。上記の方法は回転対称の構
造物に限定されるものではない。それどころか正方形、
長方形又は楕円形の形状を有する変換器も上記の弾性の
型枠部材によって構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸音材料なしの本発明による超音波変換器の断
面図。
【図２】吸音材料を有する本発明による超音波変換器の
断面図。
【符号の説明】
１　　圧電変換器素子 ２　　型枠部材 ３　　整合層 ４　　心出し外囲線 ５　　空間 ６　　吸音材料 ７　　第１の金属化表面 ８　　第２の金属化表面 ９　　第１の導線 １０　　第２の導線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　唯一の単一体として振動性エラストマ
    ーからなる音響整合層（３）と接続されている圧電変換
    器素子（１）を有する超音波変換器を製造するに当たり
    、まずエラストマーからなる単一体を心出し外囲線（４
    ）を有する型枠部材（２）として製造し、次の処理工程
    で変換器素子（１）をエラストマー体（２）中に心出し
    外囲線（４）により心出ししながら装着し、その整合層
    （３）と接続することを特徴とする超音波変換器の製造
    方法。
  2. 【請求項２】　　変換器素子（１）を整合層（３）と接
    着させることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】　　変換器素子（１）を電気的に接続する
    ためにその２つの表面（７、８）を金属化し、第１の金
    属化表面（７）を整合層（３）と接着させる際に第１の
    導線（９）を間に押し込み、接着圧により金属化表面と
    接触させ、第２の導線（１０）はろう付けにより第２の
    金属化表面（８）上に接触させることを特徴とする請求
    項２記載の方法。
  4. 【請求項４】　　型枠部材（２）を、これが変換器素子
    （１）を装入後に吸音材料（６）で満たされる空間（５
    ）を有するように形成することを特徴とする請求項１な
    いし３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】　　音響整合層（３）を構成するエラスト
    マーが８００〜１６００ｍ／秒の間の縦波伝搬速度及び
    ５００〜１５００ｋｇ／ｍ３　の密度を有することを特
    徴とする請求項１ないし４の１つに記載の方法。
JP4048058A 1991-02-07 1992-02-03 超音波変換器の製造方法 Withdrawn JPH04336799A (ja)

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