JPH0518320B2 - - Google Patents

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JPH0518320B2
JPH0518320B2 JP59054736A JP5473684A JPH0518320B2 JP H0518320 B2 JPH0518320 B2 JP H0518320B2 JP 59054736 A JP59054736 A JP 59054736A JP 5473684 A JP5473684 A JP 5473684A JP H0518320 B2 JPH0518320 B2 JP H0518320B2
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JP
Japan
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piezoelectric element
diaphragm
ultrasonic transducer
buffer member
terminal
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Wataru Hasegawa
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West Electric Co Ltd
Original Assignee
West Electric Co Ltd
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Publication of JPH0518320B2 publication Critical patent/JPH0518320B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は貼り合わせ型圧電素子を用いた超音波
送受波器に関し、特に送信時の立ち下がり特性の
改善された超音波送受波器に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field The present invention relates to an ultrasonic transducer using bonded piezoelectric elements, and particularly relates to an ultrasonic transducer with improved fall characteristics during transmission. .

従来例の構成とその問題点 貼り合わせ型圧電素子を使用した超音波送受波
器は、従来より種々のものが実用化あるいは提案
されており、例えば、第1図に示したような構造
のものが極めて一般的である。
Conventional configurations and their problems Various types of ultrasonic transducers using bonded piezoelectric elements have been put into practical use or proposed, such as the structure shown in Figure 1. is extremely common.

第1図に示した超音波送受波器は、貼り合わせ
型圧電素子1の中心部に円錐形状の振動板2を弾
性接着剤3を介して取り付けると共に、上記圧電
素子1の振動の節部を支持台4の端部に弾性接着
剤5にて固着したものである。尚、第1図中、6
は端子、7は圧電素子1等を覆うケース、8はケ
ース7の上方孔に設けられる保護部材、9は圧電
素子1と端子6を電気的に接続するリード線を
夫々示している。
In the ultrasonic transducer shown in FIG. 1, a conical diaphragm 2 is attached to the center of a bonded piezoelectric element 1 via an elastic adhesive 3, and the vibration nodes of the piezoelectric element 1 are It is fixed to the end of the support base 4 with an elastic adhesive 5. In addition, in Figure 1, 6
7 is a terminal, 7 is a case that covers the piezoelectric element 1, etc., 8 is a protective member provided in the upper hole of the case 7, and 9 is a lead wire that electrically connects the piezoelectric element 1 and the terminal 6.

ところが、上記のような従来の超音波送受波器
は、超音送信時に振動の特に立ち下がり特性が極
めて悪いことが知られている。
However, it is known that the conventional ultrasonic transducer as described above has extremely poor vibration especially falling characteristics during ultrasonic transmission.

今、第1図に示したような超音波送受波器を使
用して第2図に示したような回路を構成し、すな
わち、所定時間幅、所定周波数のパルス信号の入
力端子10、電力増幅器11、トランス12、第
1図に図示した超音波送受波器13、抵抗14、
保護ダイオード15,16、結合コンデンサ1
7、信号増幅器18、出力端19よりなる回路を
構成し、入力端子10に300μsec間、所定周波数
のパルス信号を供給した場合における出力端19
の出力信号を測定してみると、第3図のような出
力波形が得られた。尚、第3図に図示した出力波
形は、作図の便宜上、出力端19に本来出力され
る振動信号波形のピークのみを結んだいわゆる包
絡線波形としており、また、以降の明細書中にお
いて、出力端19に出力される信号の出力波形と
して図示あるいは説明する波形は、全て上記包絡
線波形とする。
Now, a circuit as shown in FIG. 2 is constructed using the ultrasonic transducer as shown in FIG. 11, transformer 12, ultrasonic transducer 13 shown in FIG. 1, resistor 14,
Protection diodes 15, 16, coupling capacitor 1
7. A circuit consisting of a signal amplifier 18 and an output end 19 is configured, and the output end 19 when a pulse signal of a predetermined frequency is supplied to the input terminal 10 for 300 μsec
When we measured the output signal, we obtained an output waveform as shown in Figure 3. For convenience of drawing, the output waveform shown in FIG. 3 is a so-called envelope waveform that connects only the peaks of the vibration signal waveform originally output to the output terminal 19. The waveforms shown or explained as output waveforms of the signals outputted to the terminal 19 are all the above-mentioned envelope waveforms.

第3図からも明らかであるが、300μsec間の入
力信号の供給により、立ち下がり時の減衰振動
は、約11msec継続しており、この結果、第1図
に示したような超音波送受波器は、例えば超音波
の送受信により所望対象物までの距離を測定する
測距装置には到底使用することはできなかつた。
As is clear from Figure 3, by supplying an input signal for 300 μsec, the damped vibration at the time of falling continues for about 11 msec, and as a result, the ultrasonic transducer shown in Figure 1 cannot be used, for example, in a distance measuring device that measures the distance to a desired object by transmitting and receiving ultrasonic waves.

すなわち、距離を測定したい対象物が比較的近
距離の1m以内にある場合、超音波の送信による
対象物からの反射波を受信しても、その受信信号
が上述した約11msecも継続している減衰振動波
形中に埋もれてしまい、検出できなくなることが
考えられるわけである。
In other words, if the object whose distance you want to measure is relatively close (within 1 meter), even if you receive the reflected wave from the object due to ultrasonic transmission, the received signal will continue for about 11 msec as mentioned above. It is conceivable that it will be buried in the damped vibration waveform and cannot be detected.

このため、近年、特開昭57−97798号公報、特
開昭57−97799号公報、特開昭57−97800号公報お
よび特開昭58−85698号公報等において、前述し
た圧電素子を使用した超音波送受波器の送信時に
おける立ち下がり特性の改善を行つた超音波送受
波器が提案あるいは一部実用化されている。
For this reason, in recent years, the above-mentioned piezoelectric elements have been used in JP-A-57-97798, JP-A-57-97799, JP-A-57-97800, and JP-A-58-85698. Ultrasonic transducers with improved falling characteristics during transmission have been proposed or partially put into practical use.

上記各提案の主旨について簡単に説明すると、
いずれも第3図において説明した減衰振動の原因
は、第1図における圧電素子1あるいは振動板2
の自由振動であると考え、この圧電素子1あるい
は振動板2の自由振動を規制、すなわち振動しに
くくするべく、夫々をケース7に緩衝材を介して
弾性的に固定したり、振動板2の周辺部のみに緩
衝材を設けたことを特徴とするものである。
To briefly explain the gist of each of the above proposals,
In both cases, the cause of the damped vibration explained in FIG. 3 is the piezoelectric element 1 or the diaphragm 2 in FIG.
In order to restrict the free vibration of the piezoelectric element 1 or the diaphragm 2, that is, to make it difficult to vibrate, the piezoelectric element 1 or the diaphragm 2 are elastically fixed to the case 7 via a cushioning material, or the diaphragm 2 is It is characterized by providing a cushioning material only in the periphery.

第4図イ〜ニは、上述した公報の夫々に示され
た実施例の構造を図示したものであり、かかる図
より上記主旨はより明確となる。尚、図中、第1
図と同図番のものは同一機能部材を示し、3′は
結合軸、20は緩衝材である。
FIGS. 4A to 4D illustrate the structure of the embodiment shown in each of the above-mentioned publications, and the above gist becomes clearer from these figures. In addition, in the figure, the first
Components with the same numbers as those shown in the drawings indicate the same functional members, 3' is a coupling shaft, and 20 is a cushioning material.

第4図イに図示した特開昭57−97798号公報に
おける超音波送受波器は、ケース7に設けられた
凹部71に緩衝材20が配置され、かつ、この緩
衝材20の一部が振動板2に固着され、振動板2
が緩衝材20を介してケース7に弾性的に固着さ
れている。
In the ultrasonic transducer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-97798 shown in FIG. Fixed to the diaphragm 2, the diaphragm 2
is elastically fixed to the case 7 via a cushioning material 20.

第4図ロに図示した特開昭57−97799号公報に
開示された超音波送受波器は、振動板2および圧
電素子1とケース7との間に弾性ゴムなどの緩衝
材20が充填され、振動板2および圧電素子1が
ケース7に弾性的に固着されている。
The ultrasonic transducer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-97799 shown in FIG. , the diaphragm 2 and the piezoelectric element 1 are elastically fixed to the case 7.

第4図ハに図示した特開昭57−97800号公報に
開示された超音波送受波器は、振動板2の周囲が
緩衝板20を介してケース7に弾性的に固着され
ている。
In the ultrasonic transducer disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-97800 shown in FIG.

第4図ニに図示した特開昭58−85698号公報に
開示された超音波送受波器は、振動板2の周辺部
に緩衝材20が設けられている。
In the ultrasonic transducer disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-85698 shown in FIG. 4D, a buffer material 20 is provided around the diaphragm 2.

しかしながら、上述したような超音波送受波器
であつても、例えば極近距離にある対象物までの
距離を測定したいような場合、依然として立ち下
がり特性による影響を考慮しなければならず、す
なわち立ち下がり特性によつて測定できる近距離
側の限界が数十cmに限定され、20〜30cmの距離に
ある対象物は、この距離を正確に測定することは
できなかつた。
However, even with the above-mentioned ultrasonic transducer, when it is desired to measure the distance to an object at a very close distance, it is still necessary to consider the influence of the falling characteristic. Due to the falling characteristic, the limit on the short distance side that can be measured is limited to several tens of centimeters, and it has been impossible to accurately measure this distance for objects located at a distance of 20 to 30 centimeters.

ところで、第4図イに示したような超音波送受
波器の任意の1個を、第2図に示した回路構成の
超音波送受波器13と置換して駆動してみると、
出力端19には、第5図に示したような一部に飽
和領域を含む特性の出力波形を有する出力信号が
得られた。
By the way, when any one of the ultrasonic transducers shown in FIG. 4A is replaced with the ultrasonic transducer 13 having the circuit configuration shown in FIG. 2, the result is as follows.
At the output end 19, an output signal having a characteristic output waveform partially including a saturated region as shown in FIG. 5 was obtained.

第5図に図示した出力波形は、300μsecのパル
ス信号供給終了後400μsec後に飽和領域からの減
衰を開始しており、第3図に示した特性に比較す
ると極めて良好な特性となつており、したがつて
測距測置として使用した場合、数十cmまで近距離
側の測距限界を第1図の従来例に比して拡げられ
ることになる。
The output waveform shown in Figure 5 starts to attenuate from the saturation region 400 μsec after the end of the 300 μsec pulse signal supply, and has extremely good characteristics compared to the characteristics shown in Figure 3. When used as a distance measurement station, the distance measurement limit on the short distance side can be extended to several tens of centimeters compared to the conventional example shown in FIG.

しかしながら、更に詳しく第5図の特性をみて
みると、減衰振動が完全に無くなるのは送信開始
より約1.3msec後であり、立ち下がり特性は極め
て緩やかであり、通常の大気状態であれば送信開
始より約1.5msec後に受信信号の得られる約25cm
の距離にある対象物の距離測定用の超音波送受波
器として使用することは困難となる。
However, if we look at the characteristics in Figure 5 in more detail, we can see that the damped oscillation completely disappears approximately 1.3 msec after the start of transmission, and the falling characteristic is extremely gradual. Under normal atmospheric conditions, transmission begins. Approximately 1.5msec later, the received signal can be obtained at approximately 25cm.
It is difficult to use it as an ultrasonic transducer for distance measurement of an object at a distance of .

換言すると、第4図イのような構造のものが全
て第5図に示したような特性であれば問題はない
が第4図イに示した構造の任意の1個が第5図に
示したような送信開始後約1msec以上振動が存在
する緩やかな立ち下がり特性を有した特性である
ということは、超音波送受波器の製造上のばらつ
きにより、減衰振動特性の傾ききが変動し、例え
ば第5図中に破線で示したようなさらに緩やかな
特性となるものが製造される可能性が極めて高
く、選別作業あるいは使用できないもののコスト
を考えると実用化は極めて困難となるわけであ
る。尚、特性が第5図のものよりさらに緩やかに
なり送信開始後約1.5msec以上何等かの振動信号
が存在する場合、正確な距離測定が行えなくなる
ことはいうまでもない。
In other words, if all the structures shown in Figure 4A have the characteristics shown in Figure 5, there will be no problem, but if any one of the structures shown in Figure 4B has the characteristics shown in Figure 5, The fact that the vibration is present for more than 1 msec after the start of transmission and has a gradual falling characteristic means that the slope of the damped vibration characteristic fluctuates due to manufacturing variations in the ultrasonic transducer. For example, there is a very high possibility that a product with even more moderate characteristics as shown by the broken line in FIG. 5 will be manufactured, and it will be extremely difficult to put it into practical use considering the cost of sorting work and unusable products. It goes without saying that if the characteristics are even more gradual than those in FIG. 5 and some vibration signal is present for about 1.5 msec or more after the start of transmission, accurate distance measurement will no longer be possible.

一方、他の第4図ロ,ハ,ニに示した超音波送
受波器について考えてみても、同図ハ,ニに示し
たものは上述したイに示したものに比較して自由
振動の抑制力が弱いことはその構造上詳しく述べ
るまでもなく、より立ち下がり特性が急峻となる
ことは考えられない。また、同図ロに示したもの
は、抑制力が逆に強すぎ、第5図等に示した特性
図における縦方向の出力信号レベルを得ることが
困難になることが考えられ、少し遠距離の対象物
になるとその対象物からの反射波を受信しても振
動として検出できない場合や、送信の起動時極短
時間に十分な振動動作を行わせることができない
場合が生じることが考えられ、いずれも実用化に
は問題があると考えられる。
On the other hand, if we consider the other ultrasonic transducers shown in Figure 4 B, C, and D, the ones shown in Figure 4 C and D have lower free vibration than those shown in A above. There is no need to discuss in detail that the suppressing force is weak due to its structure, and it is unthinkable that the falling characteristic becomes steeper. In addition, in the case of the one shown in Figure B, the suppressing force is too strong, and it may be difficult to obtain the output signal level in the vertical direction in the characteristic diagram shown in Figure 5 etc. If the target is a target, it may not be possible to detect it as vibration even if the reflected wave from the target is received, or it may not be possible to cause sufficient vibration to occur in a very short time when starting transmission. Both methods are considered to have problems in practical application.

なお、極近距離の対象物を無視して数十cm以遠
の対象物についてのみ距離測定を行おうとする場
合、すなわち前述した4つの実施例より最も有効
であろうと考えられる第4図イのような超音波送
受波器の実用化を考えた場合、特性上は問題はな
いが、図示した構造からも明らかなように、緩衝
板20の設置のため極めて細かな作業が必要とな
り、その製造作業は極めて複雑となり、能率ダウ
ン、コストアツプは避けられない問題点を生じる
ことが考えられる。
Note that when attempting to measure distances only for objects that are more than a few tens of centimeters away, ignoring objects that are very close, that is, the method shown in Figure 4 A, which is considered to be the most effective of the four embodiments described above, is used. When considering the practical application of an ultrasonic transducer, there is no problem in terms of characteristics, but as is clear from the structure shown, extremely detailed work is required to install the buffer plate 20, and the manufacturing process is It is thought that the process will become extremely complex, leading to unavoidable problems such as reduced efficiency and increased costs.

以上述べたように、従来の圧電素子を用いた超
音波送受波器は、種々の問題点を有しており、特
性改善、製造作業の簡素化に基づくコストダウン
が強く望まれているのが現状である。
As mentioned above, conventional ultrasonic transducers using piezoelectric elements have various problems, and there is a strong desire to reduce costs by improving characteristics and simplifying manufacturing operations. This is the current situation.

発明の目的 本発明の目的は、上述したような現状を考慮し
てなしたもので、立ち下がり特性が改善され、か
つ製造作業の簡単な超音波送受波器を提供するこ
とである。
OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention was made in consideration of the above-mentioned current situation, and it is an object of the present invention to provide an ultrasonic transducer that has improved fall characteristics and is easy to manufacture.

本発明の他の目的は、振動板と圧電素子とをケ
ースを介することなく中空部の軸方向に切欠溝を
有する円筒形状の緩衝部材によつて弾性的に固着
し、ケースに振動を伝達させることなく振動板お
よび圧電素子の自由振動を抑制した超音波送受波
器を提供することである。
Another object of the present invention is to elastically fix a diaphragm and a piezoelectric element to each other by a cylindrical buffer member having a notched groove in the axial direction of a hollow portion without using a case, thereby transmitting vibration to the case. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer that suppresses free vibration of a diaphragm and a piezoelectric element without causing any damage.

本発明のさらに他の目的は、振動板と圧電素子
とをケースを介することなく中空部の軸方向に切
欠溝を有する円筒形状の緩衝部材によつて弾性的
に固着すると共に、圧電素子に電気的エネルギー
を供給する端子から延長されたリード線の中間の
一部を圧電素子の支持台の一部に固着し、ケース
に振動を伝達することなく、圧電素子、振動板お
よびリード線の振動を抑制した超音波送受波器を
提供することである。
Still another object of the present invention is to elastically fix a diaphragm and a piezoelectric element to each other by a cylindrical buffer member having a notched groove in the axial direction of a hollow part without using a case, and to provide electricity to the piezoelectric element. A middle part of the lead wire extending from the terminal that supplies the electrical energy is fixed to a part of the support of the piezoelectric element, and the vibration of the piezoelectric element, diaphragm, and lead wire is suppressed without transmitting the vibration to the case. An object of the present invention is to provide a suppressed ultrasonic transducer.

発明の構成 本発明による超音波送受波器は、ケースに圧電
素子等の振動が伝達されることなく圧電素子、振
動板の自由振動を抑制するために、圧電素子と振
動板との間に、一端が振動板の外周を保持すると
共に他端が圧電素子と弾性接着剤によつて固着さ
れ、さらに振動板の外形よりもやや小さい内径お
よび中空部の軸方向に形成された切欠溝を有する
円筒形状の緩衝部材を設けて構成される。
Structure of the Invention The ultrasonic transducer according to the present invention has a structure in which there is a space between the piezoelectric element and the diaphragm in order to suppress the free vibration of the piezoelectric element and the diaphragm without transmitting the vibration of the piezoelectric element to the case. A cylinder whose one end holds the outer periphery of the diaphragm and whose other end is fixed to the piezoelectric element and an elastic adhesive, and which has an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the diaphragm and a notched groove formed in the axial direction of the hollow part. It is configured by providing a shaped buffer member.

また、本発明による超音波送受波器は、上記の
ように構成されると共に、圧電素子と電気的な端
子とを接続し電気的エネルギーを供給するリード
線の一部が圧電素子の支持台の一部に固着されて
構成される。
Further, the ultrasonic transducer according to the present invention is configured as described above, and a part of the lead wire that connects the piezoelectric element and the electrical terminal and supplies electrical energy is attached to the support base of the piezoelectric element. It is constructed by being partially fixed.

実施例の説明 第6図は、本発明による超音波送受波器の一実
施例を示し、同図イは断面図、同図ロは同図イ中
において図番21で示した緩衝部材の上面図であ
る。なお、図中、第1図と同図番のものは同一部
材を示している。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 6 shows an embodiment of an ultrasonic transducer according to the present invention, in which A is a sectional view and B is a top surface of the buffer member designated by number 21 in A. It is a diagram. In the drawings, the same numbers as those in FIG. 1 indicate the same members.

緩衝部材21は、その一端21aにて振動板2
の外周を保持すると共に他端21bが圧電素子1
に弾性接着剤22によつて固着される。
The buffer member 21 is connected to the diaphragm 2 at one end 21a.
The other end 21b holds the outer periphery of the piezoelectric element 1.
It is fixed by an elastic adhesive 22.

緩衝部材21は、その中空部の軸方向に切欠溝
21cを備えた円筒形状を有し、また、緩衝部材
21は、例えば振動板2の外形よりやや小さい内
径を有する円筒形状の適宜の弾性体にて構成され
るものである。
The buffer member 21 has a cylindrical shape with a notched groove 21c in the axial direction of its hollow part, and the buffer member 21 is made of a suitable elastic body having a cylindrical shape and having an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the diaphragm 2, for example. It is composed of.

従つて、本発明による超音波送受波器において
は、第4図イ,ロ,ハに示した従来例とは異なり
圧電素子1等の振動がケース7に伝達されること
はない。
Therefore, in the ultrasonic transducer according to the present invention, the vibrations of the piezoelectric element 1 etc. are not transmitted to the case 7, unlike the conventional example shown in FIGS.

また、第4図イ,ハ,ニに示した従来例とは異
なり振動板2だけでなく圧電素子1の振動も抑制
されることになる。
Furthermore, unlike the conventional examples shown in FIGS. 4A, 4C, and 4D, not only the vibration of the diaphragm 2 but also the vibration of the piezoelectric element 1 is suppressed.

よつて、本発明においては送信時の立ち下がり
特性は、第4図に示した従来例に比して改善でき
ることになり、以下、具体的に説明する。
Therefore, in the present invention, the falling characteristic during transmission can be improved compared to the conventional example shown in FIG. 4, and will be specifically explained below.

今、第6図イに示したような本発明による超音
波送受波器を先に説明した第2図に示したような
回路構成における送受波器13と置換し、所定周
波数のパルス信号を300μsec間入力端子10に供
給して駆動した場合の出力端19の出力信号を検
出すると、第7図のような一部に飽和領域を有す
る出力波形が得られた。
Now, the ultrasonic transducer according to the present invention as shown in FIG. 6A is replaced with the transducer 13 in the circuit configuration as shown in FIG. When the output signal at the output terminal 19 was detected when the signal was supplied to the intermediate input terminal 10 and driven, an output waveform having a partially saturated region as shown in FIG. 7 was obtained.

第7図からも明らかなように、第6図イに図示
した本発明の一実施例における送信時の出力波形
は、300μsecのパルス信号の供給終了後、約
300μsec後に飽和領域からの減衰を開始し、約
500μsec後には殆どなくなつている。
As is clear from FIG. 7, the output waveform during transmission in the embodiment of the present invention shown in FIG. 6A is approximately
After 300μsec, it starts to decay from the saturation region, and about
It almost disappears after 500μsec.

すなわち、第5図に示した第4図イの従来例の
特性に比較して、減衰の開始時点は早くなり、ま
た減衰の開始からなくなるまでの傾きは極めて急
峻となつている。
That is, compared to the characteristics of the conventional example shown in FIG. 4A shown in FIG. 5, the time point at which the attenuation starts is earlier, and the slope from the start to the end of the attenuation is extremely steep.

換言すれば、本発明による超音波送受波器は、
入力信号の供給停止後は極めて急峻に自由振動を
停止するよう動作するため、製断上のばらつきに
よる上述した傾きの変動も、生じたとしても第7
図中に破線で示したように送信開始後1msec時点
において現れる振動は極めて少なくなり、すなわ
ち入力信号を300μsecとすると送信開始から
1.5msec以上の長時間にわたり振動が存在するよ
うなばらつきが生じると考えられず、製造したも
のの殆ど全てを実際に利用できることになること
から、立ち下がり特性は、先の第5図に示した特
性に比して改善され、安定した特性であるとみな
すことができることになる。
In other words, the ultrasonic transducer according to the present invention is
After the supply of input signals is stopped, the free vibration is stopped extremely sharply, so even if the above-mentioned fluctuation in the slope due to variations in cutting occurs, it will be
As shown by the broken line in the figure, the vibration that appears 1 msec after the start of transmission becomes extremely small.
Since it is unlikely that variations such as vibrations exist for a long time of 1.5 msec or more will occur, and almost all of the manufactured products can be actually used, the falling characteristics are as shown in Figure 5 above. This means that it can be considered to have improved and stable characteristics compared to .

この結果、本発明による超音波送受波器は、例
えば測距測置への適用を考えた場合、20〜30cmの
距離にある対象物からの反射波の受信信号を確実
に検出できることになり、よつて、第4図イに示
した従来例よりさらに近距離側の測距限界を拡げ
られることになる。
As a result, the ultrasonic transducer according to the present invention can reliably detect a received signal of a reflected wave from an object at a distance of 20 to 30 cm, when considering application to distance measurement and measurement, for example. Therefore, the distance measurement limit on the short distance side can be further expanded than in the conventional example shown in FIG. 4A.

次に製造作業について考えてみる。 Next, let's think about manufacturing work.

本発明による超音波送受波器の製造作業は、そ
の構造から明らかなようにケース7との弾性的な
固着作業を行う必要がなく、先に説明した第4図
イ,ロ,ハに示した従来例に比べ簡単となる。
As is clear from its structure, the manufacturing process of the ultrasonic transducer according to the present invention does not require any elastic fixing work to the case 7, and the process shown in FIGS. This is simpler than the conventional example.

また、緩衝部材21が中空部の軸方向に切欠溝
21cを備えていることから、その装着作業は緩
衝部材21を大きく拡げて振動板2を挾み込むこ
とによつて実現できることになる。この結果、緩
衝部材21の装着作業は極めて簡単な作業となる
と共に以下のような特徴を有することになる。
Furthermore, since the buffer member 21 is provided with the notch groove 21c in the axial direction of the hollow portion, the mounting operation can be realized by widening the buffer member 21 and inserting the diaphragm 2 therebetween. As a result, the work of attaching the buffer member 21 becomes an extremely simple work and has the following features.

すなわち、振動板2は、通常、薄いアルミ板に
よつて形成され、極めて変形しやすいわけである
が、上述の装着作業によれば、振動板2を不用意
に変形させることはない。また、振動板2の圧電
素子1による保持自体への影響も極めて少ないも
のとすることができる。
That is, although the diaphragm 2 is normally formed of a thin aluminum plate and is extremely easily deformed, the above-described mounting operation prevents the diaphragm 2 from being inadvertently deformed. Moreover, the influence on the holding of the diaphragm 2 by the piezoelectric element 1 itself can be made extremely small.

さらに、圧電素子1とリード線6との半田付部
1aを緩衝部材21の切欠溝21c部に位置させ
ることができ、これにより、振動板2の形状が圧
電素子1の形状とほぼ同一あるいはそれ以上の大
きさとなり、半田付部1aが緩衝部材21の装着
領域に存在するようになつた場合においても、何
等問題を生じることなく緩衝部材21の装着作業
を行うことができる。
Furthermore, the soldered part 1a between the piezoelectric element 1 and the lead wire 6 can be located in the notch groove 21c of the buffer member 21, so that the shape of the diaphragm 2 is approximately the same as or slightly different from the shape of the piezoelectric element 1. Even if the soldered portion 1a is present in the mounting area of the buffer member 21 due to the above size, the buffer member 21 can be mounted without any problem.

第8図イ,ロ、第9図イ,ロは、本発明による
超音波送受波器に使用される円筒形状の緩衝部材
21の他の実施例を示す上面図および断面図を
夫々示している。
8A and 9B and FIG. 9A and 9B respectively show a top view and a sectional view showing other embodiments of the cylindrical buffer member 21 used in the ultrasonic transducer according to the present invention. .

第8図イ,ロに示した実施例は、第6図イ,ロ
に示した緩衝部材21の一端21aの内周面に、
振動板2との接触面積を増やすべく保持部21d
を形成したものである。
In the embodiment shown in FIGS. 8A and 8B, on the inner circumferential surface of one end 21a of the buffer member 21 shown in FIGS.
Holding portion 21d to increase contact area with diaphragm 2
was formed.

従つて、振動板2と緩衝部材21とを上記保持
部21dを介して弾性接着剤により固着できるこ
とになり、振動板2の緩衝部材21による保持を
極めて安定して実現できることになる。
Therefore, the diaphragm 2 and the buffer member 21 can be fixed with the elastic adhesive via the holding portion 21d, and the diaphragm 2 can be held by the buffer member 21 in an extremely stable manner.

第9図イ,ロに示した実施例は、さらにその他
端21bに圧電素子1と固着されるための底面部
21eを形成したものである。
In the embodiment shown in FIGS. 9A and 9B, a bottom portion 21e to be fixed to the piezoelectric element 1 is further formed on the other end 21b.

従つて、振動板2が多少大きくなつても、かか
る緩衝部材にて十分に圧電素子1との弾性結合を
実現できることになる。
Therefore, even if the diaphragm 2 becomes somewhat larger, sufficient elastic coupling with the piezoelectric element 1 can be achieved with such a buffer member.

一方、本願発明者は、種々の検討の結果、圧電
素子を使用した超音波送受波器にあつては、圧電
素子に電気的にエネルギーを供給するリード線の
振動動作も立ち下がり動作に悪影響を及ぼすこと
を確認した。
On the other hand, as a result of various studies, the inventor of the present application found that in ultrasonic transducers using piezoelectric elements, the vibration motion of the lead wire that electrically supplies energy to the piezoelectric element also has a negative effect on the falling motion. It was confirmed that

すなわち、リード線の振動動作は、立ち下がり
特性が第2図に示したような極めて長い場合、そ
の影響力は大きいとはいえないが、例えば第5図
や第7図に示した特性のように短時間に信号波形
がほぼ0レベルまで減衰するような特性の場合、
リード線の振動動作は、図にも夫々1.2msec以降
および800μsec以降において現れている不規則信
号、換言すればほぼ0レベルに減衰した後しばら
く継続される不規則に変動する信号の大部分の発
生原因となつていることを確認した。
In other words, the vibrational motion of the lead wire cannot be said to have a large influence when the falling characteristic is extremely long as shown in Figure 2, but it can be If the signal waveform attenuates to almost 0 level in a short period of time,
The oscillating motion of the lead wire is the generation of irregular signals that appear after 1.2 msec and after 800 μsec, respectively in the figure, in other words, most of the irregularly fluctuating signals that continue for a while after attenuating to almost 0 level. I confirmed that this was the cause.

かかる0レベル近辺における信号は、ともすれ
ばその出力レベルの大きなものが発生することが
あり、受信信号の検出動作に対して決してプラス
にはならず、存在しないことが望ましい。
Such a signal near the 0 level may have a large output level, and will never have a positive effect on the detection operation of the received signal, so it is desirable that the signal does not exist.

第10図イ,ロは、上述したようなリード線の
振動動作による悪影響をも取り除くことができる
本発明による超音波送受波器の他の実施例を示す
断面図および要部平面図である。
FIGS. 10A and 10B are a cross-sectional view and a plan view of essential parts of another embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention, which can eliminate the adverse effects caused by the vibrating operation of the lead wires as described above.

第6図イ等において図番9で示したリード線
は、製造時の作業性、すなわち圧電素子1あるい
は端子6への接続動作を簡単に行うため、および
電圧印加による断線の危険性を避けるため適度の
たるみをもつてケース7内に収納されており、従
つて不都合な振動動作を生じることになるわけで
ある。
The lead wire indicated by the drawing number 9 in Figure 6A etc. is used to improve workability during manufacturing, that is, to facilitate connection to the piezoelectric element 1 or terminal 6, and to avoid the risk of disconnection due to voltage application. It is housed in the case 7 with a certain amount of slack, which results in an undesirable vibrating motion.

よつて、第10図に示した実施例においては、
図面からも明らかなように上述した振動動作を抑
制するべくリード線9の一部を圧電素子1を保持
する支持台4の一部に弾性接着剤23により固着
している。
Therefore, in the embodiment shown in FIG.
As is clear from the drawings, a portion of the lead wire 9 is fixed to a portion of the support base 4 holding the piezoelectric element 1 with an elastic adhesive 23 in order to suppress the above-mentioned vibrational movement.

ここで、上記のようにリード線9の一部を支持
台4に固着した一実施例を、第2図に示した回路
構成における超音波送受波器13と置換して駆動
した場合における出力端19の出力信号を検出し
てみると、第11図のような特性の出力波形が得
られた。
Here, the output end when an example in which a part of the lead wire 9 is fixed to the support base 4 as described above is driven by replacing the ultrasonic transducer 13 in the circuit configuration shown in FIG. When the output signal No. 19 was detected, an output waveform having characteristics as shown in FIG. 11 was obtained.

第11図からも明らかではあるが、第10図に
示した本発明による超音波送受波器の一実施例
は、ほぼ0レベルまで減衰した後に不規則に変動
する信号の現れない立ち下がり特性を有すること
になり、対象物からの反射波の受信信号を検出す
る動作は、先の第6図で説明した実施例よりもさ
らに正確に行えることになる。
As is clear from FIG. 11, the embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention shown in FIG. Therefore, the operation of detecting the received signal of the reflected wave from the object can be performed more accurately than in the embodiment described in FIG. 6 above.

発明の効果 以上述べたように、本発明による超音波送受波
器は、圧電素子と振動板とをケースを介すること
なく中空部の軸方向に切欠溝を備えた円筒形状の
緩衝部材を介して弾性的に結合しているため、送
信時の立ち下がり特性を、入力信号の供給停止後
短時間で減衰が開始され、かつその減衰が急峻に
行われる特性とすることができ、超音波の送信後
短時間内に受信信号を検出する必要のある装置、
例えば測距装置においては極めて近距離にある対
象物からの反射波による受信信号を正確に検知で
き、近距離側の測距限界を拡げられる効果を有す
ることになる。
Effects of the Invention As described above, the ultrasonic transducer according to the present invention connects the piezoelectric element and the diaphragm to each other through a cylindrical buffer member having a notched groove in the axial direction of the hollow part, without using a case. Because they are elastically coupled, the falling characteristic during transmission can be such that attenuation begins shortly after the input signal supply stops, and the attenuation is steep. equipment that needs to detect a received signal within a short time after
For example, a distance measuring device can accurately detect a received signal due to a reflected wave from an object located at a very close distance, and has the effect of expanding the distance measurement limit on the short distance side.

また、緩衝部材が切欠溝を備えているため、そ
の装着作業時、振動板を変形させたり、振動板と
圧電素子との固着状態に悪影響を及ぼすことがな
い効果も有している。
Furthermore, since the buffer member is provided with the notched groove, the diaphragm will not be deformed or the adhering state between the diaphragm and the piezoelectric element will not be adversely affected during the mounting operation.

さらに、圧電素子とリード線との半田付部を切
欠部に位置させることにより、半田付部の位置に
影響されない緩衝部材の装着作業を実現できる効
果も有している。
Furthermore, by locating the soldered portion between the piezoelectric element and the lead wire in the notch, there is also an effect that mounting of the buffer member can be performed without being affected by the position of the soldered portion.

さらに、圧電素子と端子とを電気的に接続する
リード線の適当な箇所を圧電素子の支持台に固着
することにより、ほぼ0レベルまで減衰した後に
リード線の振動によつて生じていた不規則に変動
する信号をなくすことができるため、より高精度
に受信信号を検出できることになる効果も有して
いる。
Furthermore, by fixing appropriate points of the lead wire that electrically connects the piezoelectric element and the terminal to the support of the piezoelectric element, irregularities caused by the vibration of the lead wire can be eliminated after the vibration has damped to almost zero level. This also has the effect that the received signal can be detected with higher accuracy since it is possible to eliminate signals that fluctuate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は圧電素子を使用した超音波送受波器の
従来例を示す断面図、第2図は超音波送受波器の
一使用回路例図、第3図は第1図に示した従来例
を第2図に示した回路にて駆動した場合に出力端
19に得られる出力信号の包絡線波形図、第4図
イ,ロ,ハ,ニは超音波送受波器の他の従来例を
示す断面図、第5図は第4図イに示した従来例を
第2図に示した回路にて駆動した場合に出力端1
9に得られる出力信号の包絡線波形図を夫々示し
ている。第6図イ,ロは本発明による超音波送受
波器の一実施例を示し、同図イは断面図、同図ロ
は同図イ中において図番21で示した緩衝部材の
上面図、第7図は第6図イに示した一実施例を第
2図に示した回路にて駆動した場合に出力端19
に得られる出力信号の包絡線波形図、第8図イ,
ロ、第9図イ,ロは夫々第6図イ中において図番
21で示した緩衝部材の他の実施例を示す上面図
と断面図、第10図イ,ロは本発明による超音波
送受波器の他の実施例を示す断面図および要部平
面図、第11図は第10図に示した実施例を第2
図に示した回路にて駆動した場合に出力端19に
得られる出力信号の包絡線波形図をそれぞれ示し
ている。 1……圧電素子、2……振動板、3,5……弾
性接着剤、4……支持台、6……端子、7……ケ
ース、9……リード線、21……緩衝部材、21
a……一端、21b……他端、21c……切欠
溝、21d……傾斜面、21e……底面部、2
2,23……弾性接着剤。
Fig. 1 is a sectional view showing a conventional example of an ultrasonic transducer using a piezoelectric element, Fig. 2 is an example of a circuit in which the ultrasonic transducer is used, and Fig. 3 is a conventional example of the ultrasonic transducer shown in Fig. 1. An envelope waveform diagram of the output signal obtained at the output terminal 19 when driven by the circuit shown in Figure 2, Figure 4 A, B, C, and D show other conventional examples of ultrasonic transducers. The cross-sectional view shown in Fig. 5 shows the output terminal 1 when the conventional example shown in Fig. 4 A is driven by the circuit shown in Fig. 2.
9 shows envelope waveform diagrams of the output signals obtained, respectively. 6A and 6B show an embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention, in which FIG. 6A is a sectional view, and FIG. FIG. 7 shows the output terminal 19 when the embodiment shown in FIG. 6A is driven by the circuit shown in FIG.
Envelope waveform diagram of the output signal obtained in Figure 8A,
B, FIGS. 9A and 9B are a top view and a sectional view showing another embodiment of the buffer member designated by the number 21 in FIG. 6A, and FIGS. 10A and 10B are ultrasonic transmission and reception according to the present invention A sectional view and a plan view of main parts showing another embodiment of the corrugator, FIG. 11 is a second embodiment of the embodiment shown in FIG. 10.
Each of the diagrams shows an envelope waveform diagram of an output signal obtained at the output terminal 19 when driven by the circuit shown in the figure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Piezoelectric element, 2... Vibration plate, 3, 5... Elastic adhesive, 4... Support stand, 6... Terminal, 7... Case, 9... Lead wire, 21... Buffer member, 21
a...One end, 21b...Other end, 21c...Notch groove, 21d...Slanted surface, 21e...Bottom part, 2
2,23...Elastic adhesive.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 振動板と、貼り合わせ型圧電素子と、支持台
と、端子と、リード線と、ケースと、緩衝部材と
を有する超音波送受波器であつて、 振動板は、円錐形状になされ、 端子は、圧電素子に印加する電気エネルギーが
供給され、 緩衝部材は、中空部の軸方向に切欠溝を有する
円筒形状の弾性体からなり、 振動板が圧電素子の中心部に取り付けられ、支
持台が圧電素子の振動の節部と弾性接着剤にて固
着されて圧電素子を支持し、リード線が端子と圧
電素子とを電気的に接続し、ケースが振動板、圧
電素子、支持台、端子の一部およびリード線を収
納し、緩衝部材の一端が振動板の外周の最大径を
有する端部の周囲を含む一部と弾性的に当接し、
緩衝部材の他端が圧電素子の振動板が取り付けら
れた面上の一部と弾性接着剤によつて固着された
超音波送受波器。 2 リード線は、支持台に中間部の一部が固着さ
れている特許請求の範囲第1項に記載の超音波送
受波器。 3 緩衝部材は、振動板の周囲と当接する端部の
内周面に振動板の側面形状に合致する傾斜面を有
することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の超音波送受波器。
[Claims] 1. An ultrasonic transducer comprising a diaphragm, a bonded piezoelectric element, a support base, a terminal, a lead wire, a case, and a buffer member, the diaphragm comprising: The terminal is made into a conical shape, the terminal is supplied with electrical energy to be applied to the piezoelectric element, the buffer member is made of a cylindrical elastic body having a notched groove in the axial direction of the hollow part, and the diaphragm is placed in the center of the piezoelectric element. The support base is fixed to the vibrating node of the piezoelectric element with an elastic adhesive to support the piezoelectric element, the lead wire electrically connects the terminal and the piezoelectric element, and the case is attached to the vibration plate and the piezoelectric element. , a support base, a part of the terminal, and a lead wire are housed, and one end of the buffer member elastically contacts a part of the outer periphery of the diaphragm including the periphery of the end having the maximum diameter,
An ultrasonic transducer in which the other end of the buffer member is fixed to a part of the surface of the piezoelectric element on which the diaphragm is attached using an elastic adhesive. 2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the lead wire has a part of the intermediate portion fixed to the support stand. 3. Ultrasonic wave transmission and reception according to claim 1, characterized in that the buffer member has an inclined surface that matches the side surface shape of the diaphragm on the inner circumferential surface of the end that comes into contact with the periphery of the diaphragm. vessel.
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