JPS6273900A - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、空気中に超音波を発信し、又は受信する超音
波送受波器の構造の改善に関する。

〈従来技術さ 第７図の構成図、第８図の動作説明図により従来技術の
一例を説明する。１は共振部であり、薄い円盤状の圧電
水子１ａ＋　１ｂを２枚極性を逆にして張合わせたバイ
モルフである。これに電圧を加えると、一方が伸び、他
方が縮む事により、第２図に示す様な屈曲復動を起こし
、空気中に正負の音圧を発生させることができる。

なお、第８図の１騒幼では、節部１３．Ｂ−を境にして
円盤の中心部と周辺部とでは振動方向が逆である。この
ままでは両者から発生する音圧が打消しあってしまうた
め、第７図の例では、中心部にコーン２を取付け、中心
部のみの振動を１１用するようにしている。更に支持部
３は、振動の節部で共振部を支える構成となっている。

４はケース、５は圧電素子からのリード線端子である。

共振部の構成は、圧電素子の一方を金属板で置換えたユ
ニモルフ形でし同様な屈曲＠動の発生が可能で、これも
多く用いられている。

・（発明が解決しようとする問題点〉 この様なバイモルフ又はユニモルフを利用した送受波器
の大きな欠点は、圧電素子の接着の難しさ、あるいは接
着による信頼性の低下にあった。

即ら、使用する接稗祠の選定が難しく、接着工程の管理
が不十分であるとできあがった共振部の特性がバラつく
等の間６点がある。更にユニモルフ形の＠造においては
、圧電素子が１枚で良いというコスト上の利点はあるも
のの圧電素子と金属板の熱膨張係数が異なるために広い
温度変電を与えた場合に両者のφノ離が発生し、機能が
低下する、あるいはまったく音波がでなくなるとい）問
題が存在した。

本発明は、この様な問題点を解決した超音波送受波器を
提供するもので、圧電素子の接着がその機能を決定する
第１の要因ではない４Ｎ造、具体的にはバイモルフある
いはユニモルフ構造をとらない超音波送受波器の提供を
目的とする。

ぐ問題点を解決するための手段〉 本発明の構成上の特徴は、円形又は矩形の薄板状の振動
板と、この振動板の一方の面の周縁部に直角方向に延長
形成された振動モード変換部と、この振動モード変換部
の内側に上記振動板と一定距離を有して対向的に固定さ
れたｍｔｒ波振動子とを具備せしめた点にある。

く作用〉 振動子が円盤状の場合は、その半径方向の振動が、また
振動子が円筒状の場合は、その呼吸振動が振動モ−ド変
換部を介して助板状の振動板の１７１１曲振動に変換さ
れる。

・く　実　〃圓　例　〉 第１図により本発明の一実施例を説明プる。第２図はそ
の動作説明図である。

超音波音波振動子１は円盤状の一枚の圧電素子で構成さ
れ、上面及び下面にＴ１極６ａ及び６ｂが接着されてリ
ード線により端子５．５′に接続されている。

７は樹脂又は金属よりなる薄板状の振動板で、振動子１
の一方の面と一定距離を有して対向配置され、音響放射
部の機能を有する。

８は、この振動板７の振動子１と対向する側の周縁部に
直角方向に延長形成された振動［−ド変換部であり、そ
の内周壁の途中に形成された段１１き部８０１によって
畿紡子１を概φ力板７より一定距離を保って係止固定し
ている。

９はケース兼用の支持部材で、連絡部の外周壁の途中に
おける節部に形成された溝部８０２に係合して撮動ユニ
ットを支持すると共にリード端子５．５′も支持する。

１０は連絡部の内側壁の途中にお番）る節部８０３に形
成された溝部に係合する固定リングである。

振動子１と振動モード変換部８の結合は、例えばその熱
膨張率の差を利用したいわゆる焼きばめ構造とし、（辰
動−ド変換部８と支持部材９の粘合は、通常の接着とす
ることができる。

また、振動板７は後述する振動モード変換において、振
動子が直径方向に伸びた際に必ず内側に凹むよう、振動
に方向性を与えるために図示のように若干凹形としであ
るが、これは必要条件ではない。

同様に、支持部材９と固定リング１０も、低動の節部を
固定して支点としての機能により、振動子の運動を振動
板に効率良く伝達するものであるが、これら必須の構成
要件ではない。

次に、第２図により動作を説明する。端子５゜５′を介
して超音波振動子１に正負の電圧を印加すると振動子は
径方向に伸び縮みの振動を行う。

（Ａ＞は、振動子がＣ，Ｃ′に示すように径方向に伸び
た状態を示し、振動板７は径方向に圧縮の力を受−けて
矢印Ｅで示ずように上方向に凹む。このとき図の下方の
空間に負の音圧が発生ずる。

次に＜８＞は、振動子がり、Ｄ−に示すように径方向に
縮んだ状態を示し、振動板７には径方向に引張りの力が
働き、それまで上方に凹んでいた振動板は平面になろう
として下方の空間に正の音圧を発生させる。

即ち、数波に及ぶ交流電圧を振動子に印〕Ｊｎすること
により、それに応じた正負のき圧を空気中に放射するこ
とが可能となる。一般には、駆動周波数を、使用してい
る振動子１のｊｔ振同周波数近くに設定することにより
電即−音響変換効率を高めている。印加する波数番よ１
０〜５０波程度のことが多い。

また、第２図において下方の空間から正のｎ圧が届いた
場合には、振動子１には径方向に引張りの力が動き、逆
に負の音圧が届いた場合には径方向に圧縮の力が鋤く。

振動子はこの様な応力を受けると正負の電圧を発生ずる
ので、この電圧を端子５．５−より取出すことにより受
波器としても動作する。

次に、第３図〜第６図により本発明の他の実施例を説明
する。

第３図の実ｍ例は、振動子１として円筒形振動子を用い
てその呼吸振動を利用するもので、この構造によれば変
位即ら感度の良い送受波器を実現し易い。この構成の場
合には、Ｎ圧は円筒の外側と内側間に印加される。

第４図の実施例は振動板７として金属又は樹脂の簿膜を
用い、これを回りの振動モード変換部８で押し潰す、あ
るいは引張る構造としたものである。

第５図の実施例は、振動モード変換部８の支点の位置を
振動の節部よりずらし、ｌｚ＞Ｉ＋とすることにより、
挺の原理により振動子１の伸縮を増幅して振動板７に伝
達し、振動板の変位叩ら送受波器としての感度を向上さ
せたものである。

第６図の実施例は、振動板７の径Ｄ２を振動モード変換
部の径り、より増加させ（Ｄ２　＞ＤＩ　）ることによ
り、′）ｙＳ受波器の指向性（１つが大さい程指向性が
良い）を増すことができる。

なお、」−記実施例では超音波振動′Ｔ−１の形状はい
ずれも円盤状又は円筒状のものについて説明したが、矩
形の平板状振動子の長さ方向の伸縮を利用し、同様な矩
形の振動板に屈曲振動を生じさせる構造であっても良い
。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によればバイモルフあるい
はユニモルフ構造と異なり、振動子部分に接着部を有し
ないので、接着が機能決定の第１要囚では無くなり、製
作が容易で安定な信頼性の高いｌｆ３　Ｂ’４波振動子
を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を丞′！ｊ閏成図、第２図は
その動作説明図、第３図〜第６図は本発明の他の実施例
を示す構成図、第７図は従来技術の一例を示す構成図、
第８図はその動作説明図である。 １・・・超音波（辰動子　　７・・・振動板　　８・・
・振動モード変換部　　９・・・支−持部材　　１０・
・・固定リン第　１　図 音 第２図 ノＬＪ７ 第３図 第４凶 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　円形又は矩形の薄板状の振動板と、この振動板の一方
   の面の周縁部に直角方向に延長形成された振動モード変
   換部と、この振動モード変換部の内側に上記振動板と一
   定距離を有して対向的に固定された超音波送振動子とよ
   りなる超音波送受波器。