JPH09331599A - 空中超音波センサ - Google Patents
空中超音波センサInfo
- Publication number
- JPH09331599A JPH09331599A JP15211696A JP15211696A JPH09331599A JP H09331599 A JPH09331599 A JP H09331599A JP 15211696 A JP15211696 A JP 15211696A JP 15211696 A JP15211696 A JP 15211696A JP H09331599 A JPH09331599 A JP H09331599A
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- Japan
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- resin film
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- Pending
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな加振力を必要とせず、かつ放熱性を高
めて共振点の変動を防止した空中超音波センサを提供す
る。 【解決手段】 超音波振動子３から音響整合層１を介し
て空中へ超音波を放射する空中超音波センサにおいて、
筒状部２１とその一端を成す端板部２２とから成る金属
ボディ２の端板部２２の内表面２Ａに振動子３を固着
し、端板部２２の外表面２Ｂのうち少なくとも振動子３
を固着した内表面２Ａの裏側に対応する領域を覆う厚さ
１００μｍ〜２００μｍの樹脂膜により音響整合層１を
構成した。音響整合層１を構成する樹脂膜は、塗装によ
り簡便に形成できる。
めて共振点の変動を防止した空中超音波センサを提供す
る。 【解決手段】 超音波振動子３から音響整合層１を介し
て空中へ超音波を放射する空中超音波センサにおいて、
筒状部２１とその一端を成す端板部２２とから成る金属
ボディ２の端板部２２の内表面２Ａに振動子３を固着
し、端板部２２の外表面２Ｂのうち少なくとも振動子３
を固着した内表面２Ａの裏側に対応する領域を覆う厚さ
１００μｍ〜２００μｍの樹脂膜により音響整合層１を
構成した。音響整合層１を構成する樹脂膜は、塗装によ
り簡便に形成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子から
音響整合層を介して空中へ超音波を放射する空中超音波
センサに関する。空中超音波センサは、超音波振動子と
して典型的には圧電素子を用いており、圧電素子で発生
した超音波を大気中へ放射したり、検知対象物から反射
または検知対象物を透過した超音波を大気中から圧電素
子へ受信する検知装置であり、例えば車両速度を検知す
る車速センサや車両後方の障害物を検知するバックソナ
ー等として用いられている。
音響整合層を介して空中へ超音波を放射する空中超音波
センサに関する。空中超音波センサは、超音波振動子と
して典型的には圧電素子を用いており、圧電素子で発生
した超音波を大気中へ放射したり、検知対象物から反射
または検知対象物を透過した超音波を大気中から圧電素
子へ受信する検知装置であり、例えば車両速度を検知す
る車速センサや車両後方の障害物を検知するバックソナ
ー等として用いられている。
【０００２】
【従来の技術】超音波は異種の伝達媒質間の界面を透過
する際に、媒質間の音響インピーダンスの差が大きいほ
ど透過率が低下する。圧電素子は代表的にはＰＺＴ等の
セラミックから成り、大気に比べて音響インピーダンス
が著しく大きく、圧電素子から直接大気中へ放射しよう
としても、透過率が非常に小さくなるか全反射してしま
い実用できない。
する際に、媒質間の音響インピーダンスの差が大きいほ
ど透過率が低下する。圧電素子は代表的にはＰＺＴ等の
セラミックから成り、大気に比べて音響インピーダンス
が著しく大きく、圧電素子から直接大気中へ放射しよう
としても、透過率が非常に小さくなるか全反射してしま
い実用できない。
【０００３】そのため空中超音波センサでは、圧電素子
と大気との間に、両者の中間の音響インピーダンスを持
つ音響整合層を介在させ、圧電素子で発生した超音波を
実用的な透過率で大気中へ放射できるようにしてある。
この整合層としては一般にエポキシ樹脂等が用いられて
いる。また、特開平８−６５７９５号公報には、整合層
を構成する樹脂中にガラスバルーン（ガラス中空粒子）
を混入させ、その際に混入量を整合層の放射面側（大気
側）ほど多くなるようにして、整合層の音響インピーダ
ンスが圧電素子側では圧電素子に近い大きい値となり大
気側では大気に近い小さい値になるように、整合層内で
音響インピーダンスに勾配をつけることが開示されてい
る。
と大気との間に、両者の中間の音響インピーダンスを持
つ音響整合層を介在させ、圧電素子で発生した超音波を
実用的な透過率で大気中へ放射できるようにしてある。
この整合層としては一般にエポキシ樹脂等が用いられて
いる。また、特開平８−６５７９５号公報には、整合層
を構成する樹脂中にガラスバルーン（ガラス中空粒子）
を混入させ、その際に混入量を整合層の放射面側（大気
側）ほど多くなるようにして、整合層の音響インピーダ
ンスが圧電素子側では圧電素子に近い大きい値となり大
気側では大気に近い小さい値になるように、整合層内で
音響インピーダンスに勾配をつけることが開示されてい
る。
【０００４】上記従来の空中超音波センサは、図１に示
したように、ガラスバルーン入り樹脂から成る音響整合
層１０を振動子３に固着してあり、振動子３は、一端が
整合層１０に固着された筒状の金属ボディ２０内に収容
されている。なお図１では、振動子作動用のリード線等
の他の部材は省略した。ここで音響整合層１０は、用い
る超音波の周波数域に適した厚さにする必要がある。例
えば車速センサやバックソナー等の用途では、用いる超
音波の周波数域は１００〜２００ｋＨｚ程度であり、こ
れに適した音響整合層として数ｍｍから十数ｍｍの厚さ
が必要である。
したように、ガラスバルーン入り樹脂から成る音響整合
層１０を振動子３に固着してあり、振動子３は、一端が
整合層１０に固着された筒状の金属ボディ２０内に収容
されている。なお図１では、振動子作動用のリード線等
の他の部材は省略した。ここで音響整合層１０は、用い
る超音波の周波数域に適した厚さにする必要がある。例
えば車速センサやバックソナー等の用途では、用いる超
音波の周波数域は１００〜２００ｋＨｚ程度であり、こ
れに適した音響整合層として数ｍｍから十数ｍｍの厚さ
が必要である。
【０００５】ここで、音響整合層は前述した理由で必要
な音響インピーダンスを持つ材質として樹脂またはガラ
スバルーン入り樹脂等で作製されている。しかし、これ
ら樹脂を主体とする材料は振動減衰率が大きいため、上
記の用途上必要な音圧を得るには大きな加振力が必要に
なるという欠点がある。更に、樹脂は熱伝導率が低く振
動子から放熱性が悪いため、作動中に温度上昇し易く、
その結果センサ全体としての共振点が変動し易いという
問題もある。
な音響インピーダンスを持つ材質として樹脂またはガラ
スバルーン入り樹脂等で作製されている。しかし、これ
ら樹脂を主体とする材料は振動減衰率が大きいため、上
記の用途上必要な音圧を得るには大きな加振力が必要に
なるという欠点がある。更に、樹脂は熱伝導率が低く振
動子から放熱性が悪いため、作動中に温度上昇し易く、
その結果センサ全体としての共振点が変動し易いという
問題もある。
【０００６】また、前記の理由で加振力を大きくすれ
ば、発熱も必然的に大きくなり、温度上昇も増大し、共
振点変動は更に著しくなる。
ば、発熱も必然的に大きくなり、温度上昇も増大し、共
振点変動は更に著しくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、大きな加振
力を必要とせず、放熱性を高めて共振点変動を防止した
空中超音波センサを提供することを目的とする。
力を必要とせず、放熱性を高めて共振点変動を防止した
空中超音波センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の空中超音波センサは、超音波振動子から
音響整合層を介して空中へ超音波を放射する空中超音波
センサにおいて、筒状部とその一端を成す端板部とから
成る金属ボディの該端板部の内表面に振動子を固着し、
該端板部の外表面のうち少なくとも該振動子を固着した
該内表面の裏側に対応する領域を覆う厚さ１００μｍ〜
２００μｍの樹脂膜により音響整合層を構成したことを
特徴とする。音響整合層を構成する樹脂膜は、典型的に
は塗装により簡便に形成できる。
めに、本発明の空中超音波センサは、超音波振動子から
音響整合層を介して空中へ超音波を放射する空中超音波
センサにおいて、筒状部とその一端を成す端板部とから
成る金属ボディの該端板部の内表面に振動子を固着し、
該端板部の外表面のうち少なくとも該振動子を固着した
該内表面の裏側に対応する領域を覆う厚さ１００μｍ〜
２００μｍの樹脂膜により音響整合層を構成したことを
特徴とする。音響整合層を構成する樹脂膜は、典型的に
は塗装により簡便に形成できる。
【０００９】本発明の空中超音波センサは、従来振動子
の表面に数ｍｍから十数ｍｍ程度の厚さで設けていた樹
脂またはガラスバルーン入り樹脂の音響整合層の代わり
に、振動子の表面に金属ボディの端板部内表面を固着
し、金属ボディ端板部外表面に設けた厚さ１００μｍ〜
２００μｍの非常に薄い樹脂膜で音響整合層を構成した
ので、音響整合層内における減衰を大幅に低減できると
同時に樹脂に比べて遙かに減衰率の小さい金属ボディに
より大きな振幅が得られる。また、熱伝導率の高い金属
製のボディを振動子に直接固着したので、放熱性が極め
て良い。
の表面に数ｍｍから十数ｍｍ程度の厚さで設けていた樹
脂またはガラスバルーン入り樹脂の音響整合層の代わり
に、振動子の表面に金属ボディの端板部内表面を固着
し、金属ボディ端板部外表面に設けた厚さ１００μｍ〜
２００μｍの非常に薄い樹脂膜で音響整合層を構成した
ので、音響整合層内における減衰を大幅に低減できると
同時に樹脂に比べて遙かに減衰率の小さい金属ボディに
より大きな振幅が得られる。また、熱伝導率の高い金属
製のボディを振動子に直接固着したので、放熱性が極め
て良い。
【００１０】用いる超音波の周波数帯域に応じて必要な
音響整合層の厚さは、樹脂膜と金属ボディ端板部厚さと
の合計厚さにより代替できる。本発明の樹脂膜の厚さを
１００μｍ〜２００μｍの範囲に限定したのは、樹脂膜
を音響整合層とし機能させ大きな音圧を確保するには１
００μｍ以上とする必要があり、振動減衰による音圧の
低下を回避するには２００μｍ以下とする必要があるか
らである。
音響整合層の厚さは、樹脂膜と金属ボディ端板部厚さと
の合計厚さにより代替できる。本発明の樹脂膜の厚さを
１００μｍ〜２００μｍの範囲に限定したのは、樹脂膜
を音響整合層とし機能させ大きな音圧を確保するには１
００μｍ以上とする必要があり、振動減衰による音圧の
低下を回避するには２００μｍ以下とする必要があるか
らである。
【００１１】
【発明の実施の形態】図２に、本発明による空中超音波
センサの一態様を示す。同図の（ａ）は平面図、（ｂ）
は（ａ）の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。円筒部２１
とその一端を成す端板部２２とから成る金属ボディ２の
端板部２２の内表面２Ａに振動子３を固着し、端板部２
２の外表面２Ｂのうち少なくとも振動子３を固着した内
表面２Ａの裏側に対応する領域を覆う樹脂膜１により音
響整合層が構成されている。樹脂膜１は塗装により厚さ
約１７０μｍの塗膜として形成されている。
センサの一態様を示す。同図の（ａ）は平面図、（ｂ）
は（ａ）の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。円筒部２１
とその一端を成す端板部２２とから成る金属ボディ２の
端板部２２の内表面２Ａに振動子３を固着し、端板部２
２の外表面２Ｂのうち少なくとも振動子３を固着した内
表面２Ａの裏側に対応する領域を覆う樹脂膜１により音
響整合層が構成されている。樹脂膜１は塗装により厚さ
約１７０μｍの塗膜として形成されている。
【００１２】円筒形の金属ボディ２は、円筒部２１の肉
厚を厚く端板部２２の肉厚を薄く作製してある。このよ
うなボディ肉厚分布の場合、振動子３により加振された
金属ボディが主として端板部２２で振動する作動モード
が得られる。樹脂膜１は、端板部２２の外表面２Ｂのう
ち、振動子３を固着した内表面２Ａの裏側に対応する領
域のみに形成されている。すなわち、音響整合層として
の樹脂膜１の存在領域を振動子により大きく振動する領
域のみに限定し、樹脂による振動減衰を最小に抑えると
共に金属露出面を最大限にして放熱効果を最大にしてあ
る。
厚を厚く端板部２２の肉厚を薄く作製してある。このよ
うなボディ肉厚分布の場合、振動子３により加振された
金属ボディが主として端板部２２で振動する作動モード
が得られる。樹脂膜１は、端板部２２の外表面２Ｂのう
ち、振動子３を固着した内表面２Ａの裏側に対応する領
域のみに形成されている。すなわち、音響整合層として
の樹脂膜１の存在領域を振動子により大きく振動する領
域のみに限定し、樹脂による振動減衰を最小に抑えると
共に金属露出面を最大限にして放熱効果を最大にしてあ
る。
【００１３】図３に、本発明による空中超音波センサの
他の態様を断面図で示す。基本的な構成は図２に示した
態様と同様であるが、金属ボディ２の肉厚分布と樹脂膜
１の存在領域が図２の態様とは異なる。すなわち、円筒
形の金属ボディ２は、図２の場合とは逆に円筒部２１の
肉厚を薄く端板部２２の肉厚を厚く作製してある。この
ようなボディ肉厚分布の場合、振動子３により加振され
た金属ボディが主として円筒部２１で振動する作動モー
ドが得られる。
他の態様を断面図で示す。基本的な構成は図２に示した
態様と同様であるが、金属ボディ２の肉厚分布と樹脂膜
１の存在領域が図２の態様とは異なる。すなわち、円筒
形の金属ボディ２は、図２の場合とは逆に円筒部２１の
肉厚を薄く端板部２２の肉厚を厚く作製してある。この
ようなボディ肉厚分布の場合、振動子３により加振され
た金属ボディが主として円筒部２１で振動する作動モー
ドが得られる。
【００１４】この場合、樹脂膜１は端板部２２の外表面
２Ｂ全体に形成されている。すなわち、金属ボディ２が
主として円筒部２１で振動するので、それに伴い端板部
２２は全体が振動するので、音響整合層としての樹脂膜
１を端板部２２の外表面２Ｂ全体に設ける。樹脂膜１は
必要な領域全体にわたって音響整合層として機能し、同
時に端板部２２の肉厚が厚いことにより大きな放熱効果
が得られる。
２Ｂ全体に形成されている。すなわち、金属ボディ２が
主として円筒部２１で振動するので、それに伴い端板部
２２は全体が振動するので、音響整合層としての樹脂膜
１を端板部２２の外表面２Ｂ全体に設ける。樹脂膜１は
必要な領域全体にわたって音響整合層として機能し、同
時に端板部２２の肉厚が厚いことにより大きな放熱効果
が得られる。
【００１５】上記では本発明による樹脂膜として塗膜を
用いた態様を説明したが、塗装により形成することが最
も簡便であると考えたからであり、もちろん塗膜に限定
する必要はなく、本発明の範囲内の厚さに形成でき音響
整合層として機能する樹脂膜であれば形成方法は特に問
わない。すなわち塗膜以外の例として、蒸着膜として形
成しても良いし、樹脂フィルムを貼着して形成しても良
い。
用いた態様を説明したが、塗装により形成することが最
も簡便であると考えたからであり、もちろん塗膜に限定
する必要はなく、本発明の範囲内の厚さに形成でき音響
整合層として機能する樹脂膜であれば形成方法は特に問
わない。すなわち塗膜以外の例として、蒸着膜として形
成しても良いし、樹脂フィルムを貼着して形成しても良
い。
【００１６】
【実施例】図２または図３に示した構造において、樹脂
膜１の厚さを０（樹脂膜なし）から３００μｍまでの範
囲で種々に変えて空中超音波センサを作製した。これら
の空中超音波センサにより得られた音圧と樹脂膜の厚さ
との関係を図４に示す。同図から、樹脂膜の厚さが１０
０μｍ以上で大きな音圧が得られるが、２００μｍを超
えると音圧が逆に減少傾向になることが分かる。
膜１の厚さを０（樹脂膜なし）から３００μｍまでの範
囲で種々に変えて空中超音波センサを作製した。これら
の空中超音波センサにより得られた音圧と樹脂膜の厚さ
との関係を図４に示す。同図から、樹脂膜の厚さが１０
０μｍ以上で大きな音圧が得られるが、２００μｍを超
えると音圧が逆に減少傾向になることが分かる。
【００１７】図４の結果は周波数１２０〜１３０ｋＨｚ
の範囲で得られた結果の一例であるが、周波数１００〜
２００ｋＨｚの範囲において同様の結果が得られた。
の範囲で得られた結果の一例であるが、周波数１００〜
２００ｋＨｚの範囲において同様の結果が得られた。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大きな加振力を必要とせず、放熱性を高めて共振点変動
を防止した空中超音波センサが提供される。
大きな加振力を必要とせず、放熱性を高めて共振点変動
を防止した空中超音波センサが提供される。
【図１】図１は従来の空中超音波センサを示す断面図で
ある。
ある。
【図２】図２は本発明による空中超音波センサの一態様
を示す（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
を示す（ａ）平面図および（ｂ）断面図である。
【図３】図３は本発明による空中超音波センサの別の態
様を示す断面図である。
様を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の用いる樹脂膜の厚さと音圧との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
１…樹脂膜（音響整合層） ２…金属ボディ ２１…円筒部 ２２…端板部 ２Ａ…内表面 ２Ｂ…外表面 ３…超音波振動子
Claims (2)
- 【請求項１】 超音波振動子から音響整合層を介して空
中へ超音波を放射する空中超音波センサにおいて、 筒状部とその一端を成す端板部とから成る金属ボディの
該端板部の内表面に振動子を固着し、該端板部の外表面
のうち少なくとも該振動子を固着した該内表面の裏側に
対応する領域を覆う厚さ１００μｍ〜２００μｍの樹脂
膜により音響整合層を構成したことを特徴とする空中超
音波センサ。 - 【請求項２】 前記樹脂膜が塗装膜であることを特徴と
する請求項１記載の空中超音波センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15211696A JPH09331599A (ja) | 1996-06-13 | 1996-06-13 | 空中超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15211696A JPH09331599A (ja) | 1996-06-13 | 1996-06-13 | 空中超音波センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09331599A true JPH09331599A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15533416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15211696A Pending JPH09331599A (ja) | 1996-06-13 | 1996-06-13 | 空中超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09331599A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003315122A (ja) * | 2002-04-19 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波流量計 |
| US6664643B2 (en) | 2000-05-11 | 2003-12-16 | Seiko Epson Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2006203563A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Nippon Soken Inc | 超音波センサ |
-
1996
- 1996-06-13 JP JP15211696A patent/JPH09331599A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6664643B2 (en) | 2000-05-11 | 2003-12-16 | Seiko Epson Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2003315122A (ja) * | 2002-04-19 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波流量計 |
| JP2006203563A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Nippon Soken Inc | 超音波センサ |
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