JPS5830388Y2 - 超音波送受波器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、テレビジョン受像機のリモートコントロール
装置、警報器等に用いて好適な超音波信号を送波もしく
は受波するための超音波送受波器の改良に関し、特に比
較的高い中心周波数をもち、かつ広周波数帯域にわたっ
て大きな送受波感度を得るための送受波器に関する。

この種超音波送受波器としては、セラミックバイモルフ
振動子の中央部に、アルミ製じょうろ状付加共振子（以
下じょうろ共振子という）もしくは樹脂製の縦断面台形
状付加共振子（以下台形共振子という）を設けたものが
知られている。

そして、前者のじょうろ共振子を用いたものは、第１の
感度（主感度）が発生する周波数点と小さな感度ではあ
るが第２の感度（副感度）が発生する周波数点との間隔
が非常に広く、その中間の周波数領域で実用上利用でき
る感度がほとんど得られないので、広周波数帯域にわた
って大きな感度を得ることがきわめて困難で゛ある。

一方、後者の台形共振子を設けた送受波器は第１図に示
すような構造をとる。

第１図において、１は複合振動子で、セラミックバイモ
ルフ振動子２の片面の中央付近に樹脂製台形共振子３を
固着して構成されている。

この複合振動子１は、基板４上に、その基板４とバイモ
ルフ振動子２との間に基板４と一体に形成された支持部
材５を介在させて固定されている。

６はシールド板、７は外部ケースである。

このような送受波器は、第５図ａに示すインピーダンス
特性からみると、第１感度の生ずべき低周波域の第１の
共振と、第２感度の生ずべき高周波域の第２の共振とを
励起する。

ところが第５図すから明らかなように、第１共振に対応
して発生すべき第１感度のレベルが非常に低く、このよ
うな低レベルの感度ではこの帯域において超音波を送受
波することが困難である。

したがってこの種送受波器は第２感度の生ずる高周波域
だけの狭帯域な特性しか得られない。

実際上利用できる感度レベルを７３ ｄＢ付近（Ａで示
す）とすると、Ｂで示す狭い周波数範囲でしか送受波で
きない。

このように第１感度のレベルが低くなるのは次の理由に
よるものと推定される。

すなわち、超音波送受波面となる付加共振子３上に粉を
のせて第１共振と第２共振とをそれぞれ励振させた実験
結果によると、第１共振は粉が面全体にわたって上下振
動をするため吹上げ振動を起こしていると考えられ、第
２共振は粉がノードラインに集中するため屈曲振動を起
こしていると考えられ、そして複合振動子１は基板４に
固着されているので、吹上げモードによる振動が抑圧さ
れ、第１感度が低レベルになると推定される。

したがって本考案は、第１感度が吹上げモードによる振
動に起因していることに着目して、簡単な手段で吹上げ
モードによる振動を円滑に行なわせるとともに、ケース
形状に工夫を施して広い周波数帯域にわたって感度を向
上させるようにした超音波送受波器を提供することを目
的とする。

以下、本考案の一実施例を図面を参照しつつ詳述する。

第２，３図において、１０は複合振動子で、角板状圧電
セラミックバイモルフ振動子１１の片面中央部に樹脂製
付加共振子１２が接着剤で固着されてなる。

バイモルフ振動子１１は２枚の圧電セラミック板が貼り
合わされ、外側両電極上のノードライン付近にリード１
１ ａ、１１ ｂが半田接続されてなる。

付加共振子１２は縦断面が台形状で横断面が円形状の台
形本体１２ ａとこの本体に一体に形成された円柱状突
起１２ｂとで構成され、その台形本体１２ ａの短辺側
の面がバイモルフ振動子１１に当接され、突起１２ｂの
ある面が突起１２ｂとともに超音波送波（受渡）面の働
きをする。

１３は支持体１４を一体に形成した有底円筒状絶縁ケー
スである。

支持体１４はケース１３内において底１３ Ｈの中央部
から部方向に延びかつ周壁１３ｂとの間に周溝１６を設
けて形成した円柱で構成されている。

円柱状支持体１４のケース開口側の端面には同心で支持
体１４の外径よりも小さな径を有する突出部１５が設け
られている。

ケース１３の周壁１３ｂはその内周側において底部から
開口部に向かって開口部を広げるように階段状に構成さ
れ、ケース内周面に複数の段差が設けられている。

ケース周壁１３ｂは外周側においても開口端付近にのみ
段差が設けられている。

１９．２０は外部導出ピンで、ケース周壁１３ｂに植設
されている。

ピン１９．２０のケース１３内に突出した先端と対向す
るケース周壁１３ｂには切欠き１７．１８が設けられて
いる。

２１は例えばシリコンラバーで構成された分割リング状
弾性体であり、突出部１５に嵌入されている。

この弾性体２１はその厚みを突出部１５の高さよりも大
きくシ、突出部１５に嵌め込んだとき、その上面と突出
部１５の上面との間に空隙を形成する。

また、支持体１４の端面には突出部１５の周囲に周堤を
設け、この周堤と突出部１５との間に形成される周溝に
弾性体２１を嵌入するようにしてもよい。

弾性体２１は支持体１４との間にシリコン接着剤を充填
して固着しておくのが好ましい。

弾性体２１上には複合振動子１０が送受波面をケース開
口に向けた状態でシリコン接着剤により固着されている
。

振動子１０の取付けはバイモルフ振動子１１の下面側の
り一ド１１ ｂの半田接続部を弾性体２１の分割部分２
１ ａに位置させて行なう。

その分割部分２１ ａにはシリコン接着剤を十分充填し
てバイモルフ振動子１１と支持体１４との間の空隙を密
封させておくのが好ましい。

リード１１ ａはピン１９に、リード１１ ｂはピン２
０にそれぞれ半田接続され、さらに各半田接続部分には
シリコン接着剤を付着させておくのが好ましい。

２２はシールド板でケース１３の底部に当接され、一方
のピン２０と半田接続され、他方のピン１９とは電気的
に絶縁されている。

２３は網状窓部材で、ケース開口端を覆い、その周縁が
ケース周壁１６の外側段差にまで被せられている。

金属カバー２４はケース開口からケース１３に被せられ
、適当な手段によりケース１３に固定され、このカバー
２４とケース１３とによって窓部材２３が固定されてい
る。

本実施例によれば、複合振動子１０は弾性体２１を介し
て支持されかつケース周壁の内周面が開口部に向かって
階段状に構成されているので、吹上げモードによる振動
が効率よく発生し、がつケース外部へ放射され、第６図
すに示すように、低周波数域において実用に供し得る大
きなレベルの第１感度があられれ、もともと大きなレベ
ルをもつ第２感度と合わせて広帯域にわたって感度の良
好な送受波器が得られる。

感度の得られる周波数帯域幅は、第６図すにおけるＣで
示すように従来例に比較して著しく広くなる。

次に、種々のケース形状に対する受渡感度の変化を実験
データに基づいて示し、本実施例によるケース形状が好
ましい結果をもたらすことを示す。

実験は第４図ａ−ｄで示す４通りの態様で行なった。

同図ａ図示のケースは、周縁にリング状突出部を有する
基板の中央部に弾性体を介して複合振動子を取り付けた
構造で、感度を高めるために通常者えられ得るものであ
る。

実験は突出部の高さｈを変化させて行ない、その結果を
第７図ａに示す。

同図ａから明らかなように、４０ＫＨｚ付近の感度が比
較的小さく高さｈを変化させてもほとんど向上しない。

ただ所望帯域全体にわたってみるとｈ＝１．２ｍｍの場
合に感度が最も大きくなっているといえる。

第４図す図示のケースは同図ａと類似形状のものを用い
、突出部の内径ｄを変化させたもので、その結果を第７
図すに示す。

同図すの感度特性から明らかなように、突出部の内径ｄ
を変化させても高さｈを変えた場合と同様に４０ ＫＨ
ｚ付近の感度は依然として向上しない。

所望帯域全体をみた場合はｄ＝１３゜５ｍｍが最も感度
良好となっている。

第４図ｃ、ｄは本発明に基づくケース形状（支持体を設
けた有底筒状ケース）を示し、同図Ｃによる実験は周壁
と支持体との間に形成される支持体の上面からみた周溝
の深さＨを変化させたもので、その結果を第７図Ｃに示
す。

同図Ｃから明らかなように、深さＨを高くすなわち周溝
を深くすると、４０ＫＨ２付近の感度が向上していき、
あわせて低周波数域の感度も多少向上する。

第４図ｄは周壁開口部を長くしたケースを示し、開口部
側の段差の内径りを変化させて実験したもので、その結
果は第７図ｄに示すように内径りを大きくする方が４０
ＫＨｚ付近の感度が向上し、広帯域にわたって受波感
度が良くなる。

以上の実験結果から明らかなように、第４図ａ、ｌ）図
示のものよりも本考案による同図ｃ、ｄの有底筒状ケー
スを用いた装置の方が広帯域にわたって感度が向上する
。

そして上述した実験結果に基づいて有底筒状ケースの最
適形状を決定することができる。

また第６図ａおよびｂにプロットした実線および破線は
突起１２ ｂの形成に対する特性の変化を示す図であり
、破線は付加共振子１２に突起１２ｂのない送受波器の
特性であり、実線は突起１２ｂを設けた上記実施例で得
られる特性である。

同図の破線から明らかなように、突起１２ｂのない場合
には第２共振のＱが大きく、第２感度が比較的小さくあ
られれている。

突起１２ｂを設けると、実線で示すように、第１共振の
Ｑが大きくなり、また第２共振のＱが小さくなる。

これは、突起１２ｂによって吹上げモードによる第１共
振のＱが大きくなり、それに対応して第２共振のＱが押
し下げられたものと推定される。

同図すの感度特性をみると、第２共振のＱの低下にとも
なって第２感度が太きくなっていることがわかる。

一方、第１感度は第１共振のＱの増大にもＪ・かわらず
低下しておらず、これは第１共振が吹上げモードに起因
しているためと推定される。

また弾性体２１は突出部１５に嵌入するだけでよいので
確実に位置決めでき、ひいては複合振動子１０を容易に
所定位置に取り付けることができる。

しかもリング状弾性体２１の分割部分にリード１１ ｂ
の半田部を位置させているので、半田部により複合振動
子１０が傾斜することなく、所定の指向性を確実に得る
ことができる。

本考案は、以上説明したように、周壁内周面を開口部に
向かって階段状にした有底筒状ケース内の支持体に、弾
性体を介して複合振動子を取り付けるようにしているの
で、吹上げモードによる振動が円滑に作動し、その振動
に対応する第１感度が大きくなって、屈曲モードによる
振動に対応する第２感度と合わさって広い周波数帯域に
わたって感度が良好になり、しかも超音波の送波もしく
は受渡の効率が高まり、送受波感度が広帯域にわたって
、より一層向上し、この結果本考案を用いれば高感度の
広帯域超音波送受波器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波送受波器の断面図、第２図および
第３図は本考案による超音波送受波器の実施例を示し、
第２図は断面図、第３図ａ、ｌ）、ｃｄはそれぞれ主な
る部分を示す図、第４図ａ、ｌ）。 ｃ、ｄは実験に用いるケースの形状および寸法（単位：
ｍｍ）を示すための説明図、第５図ａおよびｂは従来
例の共振特性図および感度特性図、第６図ａおよびｂは
本実施例の共振特性図および感度特性図、第７図ａ、ｂ
、ｃ、ｄはそれぞれ第４図ａ、ｌ）。 ｃ、ｄ図示のケースによる実験結果を示す感度特性図で
ある。 １０・・・・・・複合振動子、１１・・・・・・バイモ
ルフ振動子、１２・・・・・・付加共振子、１３・・・
・・・ケース、１３ｂ・・・・・・周壁、１４・・・・
・・支持体、１６・・・・・・周壁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 周壁内周面を開口部に向って階段状にした有底円筒状ケ
   ースを備え、このケース内部に底から開口に向かって延
   びかつ周壁との間に周溝を設けて円柱状支持体が形成さ
   れ、この支持体の先端に、バイモルフ振動子の中央部に
   樹脂製付加共振子を設けた複合振動子が弾性体を介して
   載置されてなる超音波送受波器。