JPS5947899A - 超音波送受波器 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、空気中での超盲彼応用訓測に必′皮な超音波
送受波器に関に関するもので、オートフォーカス、位置
検出器、レベル剖、防犯器等に利用されるものである。

従来例の構成とその問題点 空気中での超音波を送受波するための装置には、圧電セ
ラミクスの貼り合せ型素子が多く用いられており、上記
貼り合ぜ型素子のブ（ゎみ振動の共振点・反共振点で使
用するように作られている。寸だ、空気の機械的インピ
ーダンスは圧電セラミクスのそれに比して著しく小さい
プこめ、貼り合せ型圧電素子を振動板と結合させて機械
的インピーダンスの低下を図っている。

従来の超音波送受波器の構造と特性を第１図および第２
図にそれぞれ示す。第１図に示すように、貼り合せ型圧
電素子１の中心部に結合軸２が貫通固定され、この結合
軸２に振動板３が取付けられている。そして、貼り合せ
型圧電素子１の振動の節部が支持台４の先端に弾性接着
剤６をもって固定されている。なお、６，６′は端子、
７は貼り合せ型圧電素子１等を覆うケース、８はケース
７の上部に形成された透孔に取り付けられた保護用メソ
シュ、９．９’は、貼り合せ型圧電素子１と端子６，６
′を電気的に接続しているリード線である。

第２図は、上記構造の超音波送受波器を複数個のパルス
で駆動したときの送受波形を示しだもので、立上がり、
立下がり時間が遅く、２ミリ秒以上にも及ぶものであっ
た。

このような従来の超音波送受波器を用いて、短い時間間
隔で測定情報を得る必要がある場合、受波器によって受
信された信号は、立上が９．立下がり時間が長いために
、受信信号がピーク値になるまでの時間がかかる。ある
いは受信信号が立下がる前に次の信号が受信される等、
正確な測定情報が得られなかった。

また、送受波を単体の素子で行なわせる場合、送波させ
てたたちに受信可能な状態になるまで、かなりの時間を
要し、その間、測定・ｌ”＋’ｉ報は得られなかった。

さらに圧電セラミクスを用いた超音波送受波器に尖鋭な
指向特性を要求すると、振動板、貼り合せ型圧電素子お
よび貼り合せ型Ｌ１：電素子を支持するだめの支持台が
著しく大きくなるという欠点があった。たとえ大きな振
動板を用いても、ピストン振動させることは困φＩして
ある／（め、指向特性を著しく尖鋭にすることは不可能
であった。。

そこで、ホーンを用いて指向’ｌ’！＋１’、１ｇを尖
鋭にしようどすると、機械的Ｑを低下させてパルス時性
を改善することは一層困難とな−・／こ。

発明の目的 本発明は、上述のような従来例にあった問題点を解決し
だζ尖鋭な指向特性を有し、パルス特性（過渡特性）の
よい小型な超音波送受波器を提供することを目的とする
。

発明の構成 本発明は、貼り合せ型圧電素子の中心部に振動板を設け
、機械的振動を抑制するように振動板の周囲％　リｌｌ
ｌ慴コム等の押付４１でケースに弾性的に固′Ｊ’＋１
するとともに、開１−１部を設けた薄板とホーンをｆ・
Ｉノミすることにより、尖鋭な指向特性かつ急峻なパル
ス特性を有する超音波送受波器を実現し、上述の問題点
を解消したものである。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する
〇 第３図はこの実施例の断面図である。

貼り合せ型圧電素子１１の中心部に配した結合軸１２に
金属あるいは樹脂より形成された振動板１３が取り伺け
られている。振動板１３の周辺部は、機械的振動を抑制
するように円環状に形成された弾性ゴム等の緩衝材２０
を介して、円筒状のケース１７の内側面に弾性的に固定
されている。

ケース１７の底部には吸音材２１が設けられている。振
動板１３の前方には、中心部に円状の開口部２２が、寸
だ結合軸１２を通過する直線を中心にした同心・円周上
に他の開口部２２’、２２″がそれぞれ設けられた薄板
２３が設置されている。

）：、す板２３と貼り合ぜ型１トｉ１．．ｊ、Ｉ”　”
　’、”ｒ’　Ｓ４（ソｔ　Ｑ　’ｉ−ス１７は、放物
面ホーン２４の喉部に１１＞９人さｔｌ、保持されてい
る。１９．　１９’　ｉｌ：ｌ貼り合せ７１．ＩＩ　Ｉ
　ｌ型素子１１と端子１６．１６’　を電気的に接ｈｇ
　しているリード線である。

上記薄板２３の開口部２２．　２２’、　２２″ｋＪ：
、貼り合せ型圧電素子１１０大きさやノリさ、４）１ψ
動板１３の大きさや）Ｖさ、中心角、ｆｉｌ　（Ｊｉｉ
　４Ａ２０の内径等に応じて、最良の特性をイ：Ｉるに
Ｃ１２、その形状が異なる。代表的な形状を第４図（ａ
）、　（ｂ）、　（Ｃ）に／Ｊテす。

これらの開口部の金側面積は、薄板の主面の少なくとも
１６係を占める。

上記構造の超音波送受波器の指向性とｂＹｉ来例のそれ
とを第５図に示す３．同図（ａ）　ｉｔ−、振＃Ｉ板１
３の前方に薄板２３を設置したときの指向特ｆ１であり
、同図（ｂ）は設置しない従来例の指向重性である。こ
れら特性を対比させてみると明らかなように、本発明の
超音波送受波器ではザイドローブかいちじるしく減少し
、ていることがわかる。′ｉ／（空間的（たとえば、上
下方向、左右力向）に、Ｃ）１ぼ均一な指向１１冒１１
か（ｊ＋られるようになった。さらに送波１１・Ｊすも
６ｄＢＪ’、’度増大し７た。

４ｊ、・、開１１部２２．２２′、２２″を微小の開口
部に分割し２ても、サイドロープが低下する傾向を小　
し、／こ。

第６図に、この超音波送受波器の）（ルス特１イ［を示
ず。パルスの立」二かり・立下がり１１．ｊＪ間は０．
２ミリ秒以下をｊＪ＜ずようになった。　　　・この超
γ冑及送受θ支器を一定の設定周波数で使用するＪん“
１合、１１が１１↓の温度！ｌ’５”　ｆ’１−ｋｌｌ
、貼り合せ型圧７（、累、ｌ”１１を４．′７（成し７
ている圧電メ・よ子の圧′屯定数等の変化による感度そ
のものの変化と感度の周波数特性の変化とに起因する。

この超音波送受波器において、薄板２３の開１］部２２
，２２’、２２“の１ｒ１１桔が微小である場合、薄板
２３を設置する以前のものと比較して、感度の周波数特
性の温度変化が増大し、この温度変化の袖ｉＩ−も答易
でなくなるので、開口部面積を主面の１６％以−１−と
することが望まし、い。第７図に送波ビーク周波数の温
度による変化と薄板２３の開口面積との関係を小し／に
。

捷だ、第８図に、この超１゛１誠ノ入・受波器か０℃と
２０℃におけるとき、］Ｘ、（皮ビーク周汲に夕の勇゛
化１咄と開口面積との関係をｌｊ＜ず。ｌ：ｉ］１．、
ｌ　１ｌｌｌ　Ａｌ’ｉか５０　ｖｒｒｒメ（１６％）
以上のとき、」４波ピ一ク周波数の１！＋、’ｒ度変化
がいちじるし７〈詰少し２、−その結果、１・１・’４
）９２のＷ１１’１１１’も良好となった。

発明の効果 以上のように本発明の超音波送受波器ＣＪ５、尖鋭な指
向特性と良好なパルス特ｆ１゛を有し２．１゛１θＵを
用いた距離計等、尖鋭な指向！１冒１１か要求さ７１．
る超音波応用計測にはきわめてイｒｌｌ］なものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超？イ波ｊＡ受波２：・：の−例を小ず
断面図、第２図はそのパルス心１’ｌ　％小才図、第３
図は本発明の超音波送受波器の−′ノニ施例を示す断面
図、第４図＜ａ＞、　＜ｂ）、　＜ｃ）ｖ、回超！Ｉｔ
　ｂＭ送受波器のンｊｌｉ板の代表例を示す正面図、ε
ｆ５５図σ」、同じく薄板の効果を示す図、第６図は同
超ｉ］１波送受波器のパルス特性を示す図、第７図およ
び第８図はそノ１ぞれ同、１イイ音波送受汲２：・１の
副ｊ及７１’、　＋’１ノー７：、’ｒｌ　Ａｊノの開
１−１面部との１ン１係を小ず図である。 １１・・・・・・貼り合せ型圧市、素ｒ、１３・・−１
ｂ、動板、２０・・・・緩種Ｉ拐、２１・・・・吸γ１
月、２２．２２’。 ２２″・・・・・１ノ旧」部、２３・・・−７’、Ｑ板
、２４　・・・−ホーン。 代理人の氏名　弁理士　中　１＝（ｉ＋ｊγ　リｊ　ほ
か１名−５： 第１図 第３図 第４図 （αう 第５図 （α〕 （ｂ） 第６図 礪７図　　　　第８図 さ 波 ビ 「 り 同 〔２）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心部に振動板を設けた貼り合せ型圧電素子と、
   前記貼り合せ型圧電素子を封入するケースと、前記振動
   板の周辺部と前記ケースの内側面とに接触するように配
   されている緩衝４］と、前記貼り合せ型圧電素子の前方
   に設置した開口部を設けた薄板と、前記ケースと前記薄
   板を封入し固定するホーンとを有し、前記振動板を前記
   緩衝材により前記ケースに弾性的に固定するとともに、
   前記薄板の開口部の面積が、　−０゛ 前記薄板の主面の面積の少なくとも１６％であることを
   特徴とする超音波送受波器。
2. （２）薄板が複数個の開口部を有することを特徴とする
   特π「請求の範囲第１項記載の超音波送波器。
3. （３）薄板の開口部を微小の開口部に分割したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波送受波器。