JPS6133519B2 - - Google Patents

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JPS6133519B2
JPS6133519B2 JP56150288A JP15028881A JPS6133519B2 JP S6133519 B2 JPS6133519 B2 JP S6133519B2 JP 56150288 A JP56150288 A JP 56150288A JP 15028881 A JP15028881 A JP 15028881A JP S6133519 B2 JPS6133519 B2 JP S6133519B2
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JP
Japan
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diaphragm
piezoelectric element
case
ultrasonic transducer
horn
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JP56150288A
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JPS5851697A (ja
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Ryoichi Takayama
Akira Tokushima
Nozomi Ueshiba
Yukihiko Ise
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to CA000411883A priority patent/CA1199719A/en
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Publication of JPS6133519B2 publication Critical patent/JPS6133519B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
    • G10K11/025—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators horns for impedance matching
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices 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
    • G—PHYSICS
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    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/18—Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
    • G10K9/22—Mountings; Casings
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency

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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、小型でかつ尖鋭な指向特性を有し、
パルス特性（過渡特性）のよい超音波送受波器に
関するものである。
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、上記貼り合せ型素子のたわみ振動の
共振点・反共振点で使用するように作られてい
る。また、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ため、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つている。
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５をもつ
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
護用メツシユ、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たもの
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つた。
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
波器によつて受信された信号は、立上がり、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
報が得られなかつた。
また、送受波を単体の素子で行なわせる場合、
送波させてただ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、測定情報は得られ
なかつた。
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圧電素子を支持す
るための支持台が著しく大きくなるという欠点が
あつた。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難であるため、脂向特性を
著しく尖鋭にすることは不可能であつた。
そこで、ホーンを用いて指向特性を尖鋭にしよ
うとすると、機械的Ｑを低下させてパルス特性を
改善することは一層困難となつた。
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
周囲を弾性ゴム等の弾性材でケースに弾性的に固
定するとともに、ホーンを付加することにより、
急峻なパルス特性かつ尖鋭な指向特性を有する超
音波送受波器を実現し、上述の問題点を解決した
ものである。
以下、本発明の一実施例について、図面を用い
て説明する。第３図はこの実施例の断面図であ
り、第１図の従来例の構成要素と対応するものに
は同じ符号を付している。
円板状の貼り合せ型圧電素子１の中心部に配さ
れている結合軸２に、金属あるいは樹脂より形成
された円錐状の振動板３が取り付けられている。
この振動板３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１
０を介して、円筒状のケース７の内側面に弾性的
に接着固定されている。そして、ケース７は円筒
状の導波路を有するホーン１１に嵌入一体化され
ている。なお、ケース７、ホーン１１は一体成形
物であつてもよい。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。ここで、緩衝材１０や、それとケー
ス７や振動板３とを接着するための接着剤に、導
電性を使用するものを使用すれば、アース部材を
少なくすることができる。
この実施例のパルス特性は第４図に示すとおり
であり、パルスの立上がり、立下がり時間が0.15
ミリ秒以下になつた。
第５図Ａ，Ｂは、上記緩衝材１０の内径を変化
させたときの音圧半減角および立上がり時間の変
化をそれぞれ示している。図から明らかなよう
に、緩衝材１０の内径が減少するに伴ない、立上
がり時間は減少するが、音圧半減角は増大してい
る。内径を一層減少させると、サイドローブも増
大する。なお、貼り合せ型圧電素子１の直径は10
mm、振動板３の直径は17mm、ホーン１１はコニカ
ル形で口形が45mmのときの実験値である。
第６図Ａ，Ｂは、貼り合せ型圧電素子１の直径
が10mmで厚さを変化させたときの、音圧半減角お
よび立上がり時間の変化をそれぞれ示している。
貼り合せ型圧電素子１の厚さを増大するに伴ない
駆動周波数も高くなり、音圧半減角は減少する
が、立上がり時間が長くなる。
第７図および第８図は、貼り合せ型圧電素子１
の直径10mm、厚さ0.6mm、振動板３の直径17mm、
緩衝材１０の内径13mmのときの、ホーン１１の形
状、大きさと音圧半減角との関係をそれぞれ示し
ている。第７図に示すように、ホーン１１の口径
が40mm、50mmでは、ホーン１１の開口角度θが23
度のとき、音圧半減角が最小になることが明らか
になつた。また、第８図に示すように、ホーン１
１の口径が40mmのとき導波路の長さｌ＝６mmで、
口経が50mmのとき導波路の長さｌが５〜９mmの範
囲で、音圧半減角が最小値をとることが明らかに
なつた。
第９図は、ホーン１１の開口角度および導波路
の長さを最適にして口径を変化したとき、音圧半
減角の変化を示している。なお、図中の曲線は、
貼り合せ型圧電素子１の厚さを変えて駆動周波数
ｆをパラメータにしている。
以上のように本発明の超音波送受波器は、中心
部に振動板が設けられている貼り合せ型圧電素子
と、この貼り合せ型圧電素子を封入するケース
と、振動板の周辺部とケース内側面とに接触する
よう配された緩衝材と、ケースと一体化されたホ
ーンとを有し、前記緩衝材により振動板をケース
に弾性的に固定するよう構成されているので、急
峻なパルス特性と尖鋭な指向特性を同時にすよう
になり、短い時間間隔で正確な測定情報を得るこ
とが可能となつた。したがつて本発明の超音波送
受波器は、音波を用いた距離計等、尖鋭な指向特
性が要求される超音波送応用計測にはきわめて有
用なものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の超音波送受波器の一例の断面
図、第２図はそのパルス特性を示す図である。第
３図は本発明の超音波送受波器の一実施例を示す
断面図、第４図はそのパルス特性を示す図、第５
図はその緩衝材の内径と音圧半減角、立上がり時
間との関係を示す図、第６図は同じく貼り合せ型
圧電素子の厚さと音圧半減角、立上がり時間との
関係を示す図、第７図、第８図および第９図はホ
ーンの形状、大きさと音圧半減角との関係をそれ
ぞれ示す図である。 １……貼り合せ型圧電素子、３……振動板、７
……ケース、１０……緩衝材、１１……ホーン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 中心部に振動板が設けられている貼り合せ型
    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材と、
    前記ケースと一体のホーンとを有し、前記緩衝材
    により前記振動板が前記ケースに弾性的に固定さ
    れていることを特徴とする超音波送受波器。 ２ 振動板が円錐状であつて貼り合せ型圧電素子
    が円板形である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。 ３ 円錐状振動板の底部の直径が、貼り合せ型圧
    電素子の直径に比して大きいことを特徴とする特
    許請求の範囲第２項記載の超音波送受波器。 ４ ホーンが円筒状の導波路を有することを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の超音波送受波
    器。 ５ ケースとホーンを一体形成したことを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の超音波送受波
    器。 ６ 緩衝材、および、この緩衝材とケース、振動
    板とを接着するための接着剤として導電性材料を
    使用している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。
JP56150288A 1981-09-22 1981-09-22 超音波送受波器 Granted JPS5851697A (ja)

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EP82108514A EP0075273B1 (en) 1981-09-22 1982-09-15 Ultrasonic transducer
DE8282108514T DE3268681D1 (en) 1981-09-22 1982-09-15 Ultrasonic transducer
US06/418,839 US4456849A (en) 1981-09-22 1982-09-16 Piezoelectric ultrasonic transducer with damped suspension
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