JPH0543422Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、圧電振動子を用いた空中超音波トラ
ンスジユーサに関し、圧電振動子で発生した超音
波の反射体からの反射波を同一の圧電振動子で受
信することにより、反射体との間の距離情報を得
るものに関する。

〔従来の技術〕

圧電振動子の拡がり振動モードまたは厚み縦振
動モード利用した超音波トランスジユーサが知ら
れている。この空中超音波トランスジユーサで
は、空気と圧電振動体との音響インピーダンスを
調整するために、圧電振動体に音響整合体が貼り
付けられている。音響整合体は、たとえば、エポ
キシ樹脂やウレタン系樹脂のような合成樹脂中
に、ガラスや有機物からなるマイクロバルーンを
混在させることにより形成されている。そして、
この音響整合体に、金属あるいは樹脂からなるケ
ースを固定し、該ケース内に圧電セラミツク体が
囲繞されるように構成されている。

空中超音波トランスジユーサでは、上記のよう
な構造において、圧電セラミツク体にトーンバー
スト波を引加し、超音波を発生させる。該超音波
は音響整合体を通過して被検知物に向かつて伝搬
され、被検知物により反射される。被検知物で反
射された超音波を、同一の圧電セラミツク体で検
出することにより、被検知物との間の距離情報を
得ることができる。

〔考案が解決しようとする問題点〕 送信・受信を同一の圧電セラミツク体で行う超
音波トランスジユーサでは、パルス波を入力した
時に生じた残響が超音波トランスジユーサ内に残
存している。その結果、近距離計測の場合には、
被検知物により反射された超音波に基づく受信信
号が、この残響中に埋もれてしまい、近距離計測
を行うことが現実には不可能であつた。

よつて、本考案の目的は、送信・受信を同一の
圧電振動体で行う空中超音波トランスジユーサに
おいて、より近距離の計測を行うことを可能とす
るものを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の空中超音波トランスジユーサは、送信
及び受信の双方を同一の圧電振動子で行う型式の
空中超音波トランスジユーサであつて、板状の音
響整合体と、音響整合体の一方面に接着されてお
り、かつ圧電セラミツク体の両面に電極を形成し
てなる圧電振動子と、音響整合体の圧電振動子が
接着された一方面側において、圧電振動子を囲繞
するように該一方面に固着された筒状ケースとを
備える。

そして、音響整合体および筒状ケースの側面に
は、粘弾性材料層が付与されており、該粘弾性材
料層を音響整合体および筒状ケースの外面に保持
するために、粘弾性材料層の周囲に拘束材が貼り
付けられていることを特徴とするものである。

〔作用〕

超音波発生時の振動は、筒状ケースおよび音響
整合層の周囲に付与された粘弾性材料層内部の粘
性抵抗により、その振動エネルギが熱エネルギに
変換される。その結果、初期振動が吸収されるの
で送信に際して発生した残響を極めて小さくする
ことが可能とされている。従つて、同一の圧電振
動子において反射信号を受信するに際し、上記残
響が極めて小さくされているため、該残響の影響
を受けることなく受信することができる。すなわ
ち、本考案では、筒状ケースおよび音響整合体の
周囲に粘弾性材料層を付与することにより、残響
を小さくし、それによつてより近い距離にある被
検知物からの反射波の測定を可能としている。

〔実施例の説明〕

第１図は、本考案の一実施例を説明するための
断面図である。この空中超音波トランスジユーサ
１では、円板状の音響整合体２の一方面に、両面
に電極が形成された圧電セラミツク体３よりなる
圧電振動子が貼り付けられている。音響整合体２
は、たとえばエポキシ樹脂やウレタン系樹脂等
に、ガラスや有機物からなるマイクロバルーンを
混在させた構造を有し、空気との音響インピーダ
ンスを調整するために設けられているものであ
る。

音響整合体２の圧電セラミツク体３が貼り付け
られている側の一方面には、圧電セラミツク体３
を囲繞するように円筒状の筒状ケース４が固着さ
れている。筒状ケース４は、合成樹脂や金属など
の剛性材料により構成することができる。

筒状ケース４の他方開口は、端子板５で閉成さ
れており、該端子板５からピン端子６，７がセン
サ外へ引き出されている。ピン端子６，７は、圧
電セラミツク体３の電極に電気的に接続されたリ
ード線８，９に、それぞれ、電気的に接続されて
いる。端子板５の下方は、封止樹脂１０により封
止されている。

上述した構造は、従来の空中超音波トランスジ
ユーサと同様のものである。本実施例の特徴は、
音響整合体２および筒状ケース４の周囲に粘弾性
材料層１１および拘束材１２が配されていること
にある。本実施例では、拘束材１２は、合成樹脂
からなる基材テープよりなり、該基材テープの一
方面に粘弾性材料層１１としての粘着材が付与さ
れた粘着テープを音響整合体２および筒状ケース
４の周囲に巻回することにより貼り付けられてい
る。

粘弾性材料層１１は、圧電セラミツク体３で発
生した超音波に基づく振動エネルギを内部の粘性
抵抗により熱エネルギに変換し、それによつて振
動を吸収する機能を果たす。よつて、送信の際に
発生された超音波に基づく振動が効果的に吸収さ
れるため、この空中超音波トランスジユーサ１で
は残響が従来の空中超音波トランスジユーサに比
べて極めて小さくなることがわかる。その結果、
近距離計測を行つた場合、受信信号が残響中に埋
もれにくく、より近い距離の被検知物との間の距
離を正確に測定することができる。

なお、粘弾性材料層１１中の粘性抵抗により振
動エネルギを吸収するものであるため、粘性は高
いほど好ましい。また、シリコンゴムのように弾
性のみを有する材料は、かえつて残響を大きくす
るため用いることができない。

粘弾性材料層１１を構成する材料例としては、
市販の粘着テープを用いることができる。たとえ
ば、スコツチ社製の商品名「粘着フオームテー
プ」の名の下に市販されているものを用いること
ができる。その他、種々の粘着テープを用い得る
ことは言うまでもない。

また、粘弾性材料の例としては、粘着テープに
塗布されている粘着剤の他、任意のアクリル系接
着材のような合成樹脂系接着材、あるいはゴム系
の接着剤を適宜用いることができる。

さらに、拘束材１２についても、ポリウレタン
系や塩化ビニル系あるいはポリエステル系などの
種々の合成樹脂材料からなるものを用いることが
できる。さらに、上記実施例のように、予め粘着
テープとされているものを用いずともよく、粘弾
性材料層１１を音響整合体２および筒状ケース４
の周囲に塗布した後に、拘束材１２を巻回あるい
は貼り付けてもよい。

次に、具体例な実験結果につき説明する。

第２図に示すように、空中超音波トランスジユ
ーサ１にトーンバースト発生器からトーンバース
ト波を引加し、超音波を発生させる。この空中超
音波トランスジユーサ１に６cmの距離を隔てて被
検知物として６mm×６mmのアルミニウム板１３を
配置し、該アルミニウム板１３からの反射波を空
中超音波トランスジユーサ１で受信した。引加し
たトーンバースト波は、入力波数；30波、入力電
圧；19Vppのものである。結果を、第３図に示
す。

比較のために、粘弾性材料層１１および拘束材
１２を有しない従来構造の超音波トランスジユー
サにつき、同一条件で測定を行つた。結果を第４
図に示す。第３図および第４図の比較から、本実
施例の空中超音波トランスジユーサ１では、残響
が小さく、従つて受信信号を明確に識別し得るの
に対し、従来例では、受信信号が残響中に埋もれ
てしまうことがわかる。

次に、残響特性についての測定結果を説明す
る。上記した従来例、上記実施例並びに上記実施
例と同一の構造において粘弾性材料層をシリコン
ゴムで構成した比較例につき、残響時間を測定し
た。結果を、第５図に示す。第５図では、従来例
の残響時間を１として、比較例および実施例の残
響時間を規格化して示している。

第５図から、シリコンゴムを付与した比較例で
は、従来例よりも1.4倍も残響時間が長くなるが、
本実施例では、0.7倍と短縮されていることがわ
かる。

なお、絶対的数値で示すと、−60dBのレベルに
なるまでの残響時間は、従来例では250μs、比較
例では350μs、実施例では170μsであつた。

また、上記実施例では、音響整合体２および筒
状ケース４をそれぞれ、円板状および円筒体の形
状のもので構成したが、角板状および角筒体など
任意の形状を有するもので構成することができ、
その場合、粘弾性材料１１および拘束材１２は内
側の音響整合体２および筒状ケース４の外形に応
じて変更され得る。

〔考案の効果〕

本考案では、音響整合体および筒状ケースの周
囲に粘弾性材料層が付与されているので、パルス
波入力により圧電セラミツク体で発生した残響は
粘弾性材料層内の粘性抵抗により熱エネルギに変
換される。従つて、残響時間が効果的に短縮され
得る。その結果、送信に際して発生した残響が速
やかに減衰されるので、同じ圧電振動子による受
信に際して上記残響の影響が著しく低減される。
よつて、近距離計測の場合であつても、受信信号
が残響中に埋もれ難いため、より近い距離の計測
を正確に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２
図は実施例および従来例の特性を測定するための
装置を略図的に示す図、第３図は実施例の特性を
示す図、第４図は従来例の特性を示す図、第５図
は従来例、実施例および比較例の残響時間を説明
するための図である。 図において、１は空中超音波トランスジユー
サ、２は音響整合体、３は圧電セラミツク体、４
は筒状ケース、１１は粘弾性材料層、１２は拘束
材を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 送信及び受信の双方を同一の圧電振動子で行
   う空中超音波トランスジユーサであつて、 板状の音響整合体と、 前記音響整合体の一方面に接着されており、
   かつ圧電セラミツク体の両面に電極を形成して
   なる圧電振動子と、 前記音響整合体の圧電振動子が接着されてい
   る一方面側において、前記圧電振動子を囲繞す
   るように該一方面に固着された筒状ケースと、 前記音響整合体及び筒状ケースの側面に付与
   された粘弾性材料層と、 前記粘弾性材料層を音響整合体及び筒状ケー
   スの外面に保持するために、前記粘弾性材料層
   の周囲に貼り付けられた拘束材とを備えること
   を特徴とする空中超音波トランスジユーサ。 (2) 前記粘弾性材料層及び拘束材は、粘弾性材料
   が基材の一方面に付与された粘着テープにより
   構成されている、実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の空中超音波トランスジユーサ。 (3) 前記板状の音響整合体が円板状の形状を有
   し、前記筒状ケースは該円板と同一外径の円筒
   体よりなる、実用新案登録請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の空中超音波トランスジユー
   サ。