JPS6341008B2 - - Google Patents

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JPS6341008B2
JPS6341008B2 JP54164662A JP16466279A JPS6341008B2 JP S6341008 B2 JPS6341008 B2 JP S6341008B2 JP 54164662 A JP54164662 A JP 54164662A JP 16466279 A JP16466279 A JP 16466279A JP S6341008 B2 JPS6341008 B2 JP S6341008B2
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JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
disk
ribs
sensor
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP54164662A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5687823A (en
Inventor
Furanshisu Gesu Josefu
Jon Gasutomeiaa Uiriamu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TERETSUKUSU KOMYUNIKEESHONZU Inc
Original Assignee
TERETSUKUSU KOMYUNIKEESHONZU Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TERETSUKUSU KOMYUNIKEESHONZU Inc filed Critical TERETSUKUSU KOMYUNIKEESHONZU Inc
Priority to JP16466279A priority Critical patent/JPS5687823A/en
Publication of JPS5687823A publication Critical patent/JPS5687823A/en
Publication of JPS6341008B2 publication Critical patent/JPS6341008B2/ja
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は振動ダイヤフラム部材がその縁部に於
いて装着されており、そのダイヤフラムの撓みを
検出し或いはそれを撓ませるべくその両面の少な
くとも一方の上に圧電気セラミツクデイスクが同
軸状に装着された圧電気振動トランスデユーサに
係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention comprises a vibrating diaphragm member mounted at its edges and a piezoelectric ceramic disk on at least one of its sides for detecting or deflecting the diaphragm. relates to a piezoelectric vibration transducer mounted coaxially.

かかるダイヤフラム組立体がその平面に対し垂
直な方向に撓むとセラミツクデイスクが半径方向
に伸縮する。かくして発生する応力によりその材
料の圧電気特性に対応して夫々のデイスク面に両
極の電位が生じる。かかるデイスクの両面に接触
した電極により、そのトランスデユーサと所要の
型式の外部回路との間に電気信号が伝達される。
When such a diaphragm assembly is deflected in a direction perpendicular to its plane, the ceramic disk expands and contracts radially. The stress thus generated creates polar potentials on each disk surface, corresponding to the piezoelectric properties of the material. Electrodes in contact with both sides of such a disk transmit electrical signals between the transducer and the required type of external circuitry.

本発明は、特にダイヤフラム及びそれに担持さ
れたセラミツクデイスクがそれらの自然振動数或
いは固有振動数にて基本的なモードにて自由に撓
むことができる圧電気トランスデユーサに係る。
かかる条件の下に於いては、トランスデユーサは
その共振振動数に於いて非常に敏感な振動検出装
置であり、また周期的な入力電気信号に応答して
良好な効率にて振動を発生することもできる。
The invention particularly relates to a piezoelectric transducer in which the diaphragm and the ceramic disk carried thereon are free to flex in the fundamental mode at their natural or natural frequency.
Under such conditions, the transducer is a very sensitive vibration sensing device at its resonant frequency and generates vibrations with good efficiency in response to periodic input electrical signals. You can also do that.

振動の検出であろうと振動の発生であろうと厳
しく制限された目標振動数に於ける選択的な応答
の最適感度を保証する為には、トランスデユーサ
の共振振動数ができるだけその目標振動数に一致
することが重要である。
To ensure optimal sensitivity of selective response at a severely limited target frequency, whether for vibration detection or vibration generation, the resonant frequency of the transducer should be as close to that target frequency as possible. It is important to match.

かかる選択的に応答するトランスデユーサは、
ユニツト毎に充分に一様である良好に郭定された
共振振動数を有する経済的なトランスデユーサを
製造するのが困難であるので、従来その使用が制
限されていた。大量生産の条件の下では、特に製
造コストが最小限に抑えられなければならない場
合には、個々のトランスデユーサの共振振動数が
多くの用途にとつて広すぎる範囲に亘つて互に相
違するという傾向がある。
Such a selectively responsive transducer is
Difficulties in manufacturing economical transducers with well-defined resonant frequencies that are sufficiently uniform from unit to unit have limited their use in the past. Under conditions of mass production, the resonant frequencies of individual transducers differ from each other over a range that is too wide for many applications, especially if manufacturing costs are to be kept to a minimum. There is a tendency.

本発明の一つの重要な目的は、製造コストを大
きく増大することなく上述した型式の圧電気セラ
ミツク共振トランスデユーサの共振振動数の一様
性を改善する構造及び方法を提供することであ
る。
One important object of the present invention is to provide a structure and method for improving the resonant frequency uniformity of a piezoelectric ceramic resonant transducer of the type described above without significantly increasing manufacturing costs.

更に詳細には、本発明は、セラミツクセンサの
寸法の相違によるユニツト毎の共振振動数の相違
を低減することを目的とするものである。
More specifically, it is an object of the present invention to reduce differences in resonance frequency between units due to differences in the dimensions of ceramic sensors.

本願発明者等は、個々のトランスデユーサ間に
於いて振動数が相違する場合の多くは、振動要素
の有効な一体的部分を構成する圧電気センサの直
径が僅かに相違することによるものであることを
見出した。圧電気セラミツクセンサの製造には、
低コストにて正確に制御するのが困難である焼成
処理プロセス(振動要素を収縮させる)が含まれ
ている。従つて完成したセラミツクデイスクの直
径は通常、従来の金属製造法による寸法よりもは
るかに大きな誤差を含んでいる。例えばクランプ
構造体の内径はデイスク直径に比べかなり正確で
あるものと考えられる。
The inventors have determined that the frequency differences between individual transducers are often due to slight differences in the diameter of the piezoelectric sensors that form an effective integral part of the vibrating element. I discovered something. The production of piezoelectric ceramic sensors requires
It includes a firing process (contracting the vibrating element) that is difficult to accurately control at low cost. Therefore, the diameter of the finished ceramic disk typically has a much larger tolerance than the dimensions produced by conventional metal manufacturing methods. For example, the inner diameter of the clamp structure is considered to be much more accurate than the disk diameter.

更に、本願発明者等は、検出デイスクの直径が
ほんの数パーセント変化していても完成したトラ
ンスデユーサの共振振動数を比較的大きく変える
ことができることを見出した。このことは、振動
系の有効なばね定数が可撓性が最大である部分に
大きく依存する傾向があることによるものである
と考えられる。本発明による構造に於いては、検
出デイスクの外径と周囲の剛固な支持構造体との
間にダイヤフラムだけの状態にて露呈されたダイ
ヤフラムの周縁環状帯域は、セラミツクセンサに
より剛性を増大されたダイヤフラム組立体のサン
ドイツチ状部分よりもはるかに可撓性が大きい。
従つて共振振動数は主としてかかるこのダイヤフ
ラムの露呈された環状帯域の半径方向の幅によつ
て定まる。
Furthermore, we have discovered that changing the diameter of the sensing disk by only a few percent can result in relatively large changes in the resonant frequency of the completed transducer. This is believed to be due to the fact that the effective spring constant of the vibrating system tends to be highly dependent on the part of maximum flexibility. In the construction according to the invention, the peripheral annular zone of the diaphragm, which is exposed with only the diaphragm between the outer diameter of the detection disc and the surrounding rigid support structure, is increased in rigidity by the ceramic sensor. It is much more flexible than the sandwich-like portion of the diaphragm assembly.
The resonant frequency is therefore primarily determined by the radial width of the exposed annular zone of this diaphragm.

又かかる敏感な環状帯域の幅は通常デイスク直
径の極く一部でしかなく、従つてデイスクの大き
さの比較的小さな変化によつて共振周波数を大巾
に調整することができる。例えばほんの2%だけ
規定寸法よりも大きいデイスクの場合には環状帯
域の幅が20%も低減される。その結果生じる有効
ばね定数の変化には、それに伴うセラミツクデイ
スクの質量の約4%の増大よりもはるかに大きく
共振振動数を変化する(特にかかる余剰質量は振
幅が比較的小さい外径部の近傍に位置しているか
らである)。
Also, the width of such a sensitive annular band is typically only a small fraction of the disk diameter, so that relatively small changes in disk size can provide wide tuning of the resonant frequency. For example, in the case of a disk that is only 2% larger than the specified size, the width of the annular band can be reduced by as much as 20%. The resulting change in the effective spring constant changes the resonant frequency much more than the associated approximately 4% increase in the mass of the ceramic disc (particularly in the vicinity of the outer diameter, where such excess mass has a relatively small amplitude). (This is because it is located in

本発明はセラミツクデイスクの直径が上述の如
く通常の製造の過程に於ける誤差として変化する
ことを許容するものであり、かかるセラミツクデ
イスクの直径の変化がトランスデユーサの共振振
動数を大きく変化する原因となることを排除する
ものである。このことは、デイスク直径とはほぼ
独立であるように高可撓性の帯域を定める構造体
を導入することによつて達成される。観点を変え
れば、本発明はダイヤフラムの中央領域であつて
セラミツクデイスクの装着により剛性を増大され
た中央領域の外周境界縁を明確化するものであ
る。かかる境界を与える為に金属ダイヤフラム
は、少なくともセラミツクデイスクの周縁がその
製造誤差として変化する領域全体を含む正確に定
められた帯域内に於いて人工的に剛性を増大され
る。
The present invention allows the diameter of the ceramic disk to vary due to errors in the normal manufacturing process as described above, and such a change in the diameter of the ceramic disk significantly changes the resonant frequency of the transducer. This is to eliminate the cause. This is achieved by introducing a structure that defines a zone of high flexibility so that it is nearly independent of the disk diameter. From a different perspective, the present invention clarifies the outer peripheral edge of the central region of the diaphragm, which has increased rigidity by mounting a ceramic disk. To provide such a boundary, the metal diaphragm is artificially stiffened, at least within a precisely defined zone that includes the entire area where the periphery of the ceramic disk varies as a result of manufacturing tolerances.

このことは、例えば環状の剛性増大部材をセン
サとは反対側のダイヤフラム面に固定もしくはハ
ンダ付することにより達成される。一つの好まし
い方法は、ダイヤフラムの剛性を増大されるべき
帯域を横切つて半径方向に延在するリブを周方向
に隔置された態様に複数個設けることである。か
かるリブは通常ダイヤフラムと一体的に形成され
る。所要程度剛性を増大することは、例えば剛性
増大リブの数や断面形状を適当に選定することな
どにより容易に達成される。
This is achieved, for example, by fixing or soldering an annular stiffening member to the side of the diaphragm opposite the sensor. One preferred method is to provide a plurality of circumferentially spaced ribs extending radially across the zone where the stiffness of the diaphragm is to be increased. Such ribs are usually formed integrally with the diaphragm. Increasing the rigidity to a required degree can be easily achieved, for example, by appropriately selecting the number and cross-sectional shape of the rigidity-increasing ribs.

剛性増大の最も好ましい度合いは個々の状況の
多くの因子に依存する。セラミツクデイスクが貼
合わされることによる剛性の増大よりも少なくと
も2倍を上まわる量だけダイヤフラムだけの場合
の剛性を増大するのが好ましく、5倍或いはそれ
以上の係数であれば共振振動数の安定化の度合い
が更に向上する。実際には、センサの縁部のかな
り狭い帯域内に於いて構造体を平担なダイヤフラ
ム材料に比べ実質的により剛固とするのが便利で
あることが多い。充分な割合にて剛性を増大する
ことは、例えば八つのリブ(夫々のリブはほぼ長
方形のU字形であり、ダイヤフラムのシート材料
の厚さの5倍程度の深さを有している)を一様に
周方向に隔置された位置に設けることによつて達
成される。
The most desirable degree of stiffness increase will depend on many factors in the individual situation. It is preferable to increase the rigidity of the diaphragm alone by at least twice the increase in rigidity due to the lamination of ceramic discs, and a factor of 5 or more will stabilize the resonance frequency. The degree of this will further improve. In practice, it is often convenient to make the structure substantially more rigid than the flat diaphragm material within a fairly narrow band at the edge of the sensor. Increasing the stiffness at a sufficient rate can be achieved by, for example, using eight ribs (each approximately rectangular U-shaped and having a depth of the order of five times the thickness of the diaphragm sheet material). This is accomplished by providing uniformly circumferentially spaced locations.

リブは少なくともそれらの内端部に於いて徐々
にその高さが減少するような形状に形成され、こ
れにより剛性増大作用が半径の減小と共に徐々に
減少しデイスクの製造誤差による最小半径の位置
よりも充分内側の半径位置に於いて零になるが、
振動体として作用すべき二層領域の主要部分はリ
ブによる剛性化の影響を受けない状態のままであ
るよう構成されているのが好ましい。
The ribs are shaped in such a way that their height gradually decreases at least at their inner ends, so that the stiffening effect gradually decreases with decreasing radius and the position of the minimum radius due to disc manufacturing tolerances. becomes zero at a radial position sufficiently inside,
Preferably, the main part of the two-layer region which is to act as a vibrating body remains unaffected by the stiffening effect of the ribs.

上述のリブ構造によれば、更に、セラミツクデ
イスクとダイヤフラム部材とを完全に接合するの
に必要である過剰の接着剤が中空のリブ内に流入
してもよいという利点が得られる。かかる作用に
より、接着剤がセンサを囲繞するダイヤフラム面
上に広がろう(これにより有効弾性定数がかなり
変化される)とする傾向が低減される。リブはそ
れ自身剛性を有しているので、リブチヤンネル内
のかかる過剰接着剤による過剰の剛性増大効果は
その装置の弾性定数に殆んど影響を及ぼすことは
ない。
The rib structure described above has the further advantage that the excess adhesive required to fully bond the ceramic disk and diaphragm member may flow into the hollow ribs. Such action reduces the tendency for the adhesive to spread onto the diaphragm surface surrounding the sensor (which would significantly change the effective elastic constant). Since the ribs are themselves rigid, the excessive stiffening effect of such excess adhesive in the rib channel has little effect on the elastic constants of the device.

以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。
The invention will now be described in detail with reference to preferred embodiments thereof, with reference to the accompanying drawings.

第1図及び第2図に於いて、符号10にて示さ
れたダイヤフラム組立体は、対称軸線11に対し
同軸状に組付けられた円形の金属製ダイヤフラム
部材12と圧電気検出要素20とを含んでいる。
ダイヤフラム部材12は中央ダイヤフラム部14
とほぼ環状のアウタ装着部16とを含んでいる。
これらのダイヤフラムの部分はそれぞれ符号1
5,17にて図に示された平行平面内にて軸線方
向にオフセツトされており、ほぼ円筒形の連結構
造18により接続されている。連結構造18はダ
イヤフラム部材の一体的な部分であるのが好まし
く、シート状金属の一つの円形片を従来の方法に
より鍛造域いは絞り加工することによつて形成さ
れてよい。円筒形の連結構造18は半径方向の可
撓性を向上し、ダイヤフラムの縁部16のクラン
プによる熱的影響や他の影響に抗して共振振動数
を安定化する。
In FIGS. 1 and 2, a diaphragm assembly designated by the reference numeral 10 includes a circular metal diaphragm member 12 and a piezoelectric sensing element 20 assembled coaxially with respect to an axis of symmetry 11. Contains.
The diaphragm member 12 has a central diaphragm portion 14
and a substantially annular outer mounting portion 16.
Each of these diaphragm parts is numbered 1
5, 17 are axially offset in parallel planes and are connected by a generally cylindrical coupling structure 18. The coupling structure 18 is preferably an integral part of the diaphragm member and may be formed by forging or drawing a circular piece of sheet metal in a conventional manner. The cylindrical coupling structure 18 improves radial flexibility and stabilizes the resonant frequency against thermal and other effects due to clamping of the diaphragm edge 16.

検出要素20は典型的にはその平面より湾曲さ
れたときその二つの平面間に電位差を生ずるよう
周知の要領にて処理された圧電気セラミツク材料
のデイスクを含んでいる。このセラミツクデイス
クの両面は適当な電極材料を付着することなどに
より導電性を有するように形成されている。一方
のデイスク面は、二つの面の間の電気的接触を許
すエポキシ接着剤の薄い層などにより、好ましく
は円筒形の連結構造部18内の側にてダイヤフラ
ム部14の一方の面に同軸状に接合されている。
ワイヤ導電体24が符号25にて示された位置に
於いてデイスクの周縁近傍に於いて他方のデイス
ク面にハンダ付けされている。検出要素20から
の電気信号は作動端子としての導電体24と接地
端子としての検出要素20との間の電位差として
取出される。
Sensing element 20 typically includes a disk of piezoelectric ceramic material treated in well-known manner to create a potential difference between the two planes when curved from its plane. Both surfaces of the ceramic disk are made electrically conductive by, for example, applying a suitable electrode material. One disk surface is coaxially attached to one surface of the diaphragm portion 14 on the side within the cylindrical coupling structure 18, such as by a thin layer of epoxy adhesive allowing electrical contact between the two surfaces. is joined to.
A wire conductor 24 is soldered to the other disk surface near the periphery of the disk at a location indicated at 25. The electrical signal from the detection element 20 is taken out as a potential difference between the electrical conductor 24 as an actuation terminal and the detection element 20 as a ground terminal.

ダイヤフラム部材12の中央ダイヤフラム部1
4及び検出要素20は、有効な一体的振動要素と
して作用するダイヤフラム組立体22を構成して
いる。かかるダイヤフラム組立体の基本的な振動
モードはその中央領域が上下に湾曲することを含
んでおり、その共振振動数は連結構造部18の存
在により修正された状態に於けるこれら構成要素
の組合せ質量、寸法、弾性率に対応している。
Central diaphragm portion 1 of diaphragm member 12
4 and sensing element 20 constitute a diaphragm assembly 22 that acts as an effective integral vibrating element. The fundamental mode of vibration of such a diaphragm assembly involves its central region curving up and down, the resonant frequency of which is the combined mass of these components in a modified state due to the presence of the coupling structure 18. , dimensions, and elastic modulus.

かかるトランスデユーサがある特定の振動数に
対し敏感であるようにするのが望ましい場合に
は、ダイヤフラム組立体の寸法はその基本共振が
その振動数の近傍にて発生するよう選定され、ま
たダイヤフラム組立体は外部の干渉を受けずに自
由に共振し得る態様にて装着され且つ収納され
る。かかる特定振動数の振動が周囲の大気中に存
在すると或いはハウジング全体にかかる振動が外
部より与えられると、ダイヤフラム及び検出要素
は共振により増大した振幅にて振動する。かくし
てトランスデユーサは特定振動数の振動の存在を
検出し、或いはかかる振動を発生する非常に感度
の高い機器となる。
If it is desired that such a transducer be sensitive to a particular frequency, the dimensions of the diaphragm assembly are selected such that its fundamental resonance occurs near that frequency, and the diaphragm assembly is The assembly is mounted and stored in a manner that allows it to resonate freely without external interference. When vibrations of such a specific frequency are present in the surrounding atmosphere or when vibrations are applied externally to the entire housing, the diaphragm and sensing element vibrate with increased amplitude due to resonance. The transducer thus becomes a very sensitive instrument for detecting the presence of or generating vibrations of a particular frequency.

ダイヤフラム部材及び検出要素の寸法や詳細な
形態は、共振振動数の所要の値に関連して選択さ
れた広い限度内にて変化してよい。本発明は例え
ばダイヤフラム部材の全体直径が1インチ(2.5
cm)程度であり、その部材が約0.005インチ
(0.13mm)のシート材料にて形成されているトラ
ンスデユーサとの関連に於いて非常に有功である
ことが解つている。かかるダイヤフラムと共に使
用される圧電気デイスク検出要素は通常厚さが
0.010インチ(0.25mm)程度であり、直径が0.60〜
0.75インチ(15.2〜19.1mm)であり、6kHz近傍に
共振振動数を有する。
The dimensions and detailed form of the diaphragm member and sensing element may vary within wide limits selected in relation to the desired value of the resonant frequency. For example, the present invention may have a diaphragm member having an overall diameter of 1 inch (2.5
cm) and have been found to be very effective in conjunction with transducers whose members are formed of approximately 0.005 inch (0.13 mm) sheet material. Piezoelectric disc sensing elements used with such diaphragms typically have a thickness of
It is about 0.010 inch (0.25 mm) and the diameter is 0.60 ~
It is 0.75 inches (15.2 to 19.1 mm) and has a resonant frequency around 6kHz.

本発明は特に、同一デザインの個々のトランス
デユーサの共振振動数が相違することに関するも
のである。説明を明瞭にする為ある程度誇張して
第4図に於いて符号28にて示されている如く、
センサの半径の製造誤差が比較的大きいと、セン
サの周縁26の位置が誤差領域28内にて変化
し、上述の如く共振振動数がかなり不安定になる
ことがあることが解つている。
The invention particularly concerns the different resonant frequencies of individual transducers of the same design. As shown by reference numeral 28 in FIG. 4, which is exaggerated to some extent for clarity of explanation,
It has been found that relatively large manufacturing tolerances in the radius of the sensor can cause the position of the sensor's periphery 26 to vary within the error region 28, resulting in significant instability of the resonant frequency as discussed above.

本発明は、少なくともセンサ20の最大直径と
最少直径との間に延在する比較的正確な環状帯域
内にてそのダイヤフラム部材に剛性を与える手段
を設けることにより、製造コストを殆んど増大す
ることなく上述した如き困難を克服するものであ
る。即ち剛性を増大される帯域は少なくともセン
サ全体の誤差領域28を含んでいる。
The present invention substantially increases manufacturing costs by providing a means for stiffening its diaphragm member within a relatively precise annular zone extending at least between the maximum and minimum diameters of sensor 20. This method overcomes the above-mentioned difficulties without causing problems. That is, the zone of increased stiffness includes at least the error region 28 of the entire sensor.

本発明の図示の実施例に於いては、剛性増大手
段はセンサとは反対側のダイヤフラム面より突出
しており且つ環状領域72を横切つて延在する半
径方向リブ70を含んでいる。かかる環状領域は
セラミツクデイスクにより覆われる或いは覆われ
ない誤差領域28を含んでいる。リブ70は通常
従来の打抜き手段によりダイヤフラム部材と一体
的に形成される。
In the illustrated embodiment of the invention, the stiffening means includes a radial rib 70 projecting from the face of the diaphragm opposite the sensor and extending across an annular region 72. This annular area includes an error area 28 that may or may not be covered by the ceramic disk. Rib 70 is typically formed integrally with the diaphragm member by conventional stamping means.

リブ70はそれらの外端部74に於いて剪断さ
れ、剛性が増大される領域の外周縁を正確に定め
るのが好ましい。かかる外径部はセンサの最大直
径領域と同一或いはそれより極く僅か超えてお
り、これによりダイヤフラムの露呈された部分が
できるだけ影響を受けない状態に維持されるのが
好ましい。リブ70の内端部はもし必要ならば同
様に処理されていてよい。しかし一般にリブは符
号76にて示されている如く、それらの内端部に
於いて平坦なシート(ダイヤフラム部材)に滑ら
かに接続されているのが好ましい。かくして領域
72の内側境界部に於いて剛性増大作用が零にな
ることにより、剛性処理がされている外側領域が
処理されていない内側領域に滑めらかに接続し、
またリブが通常モードの振動を乱そうとする傾向
が低減されるものと考えられる。しかしリブのテ
ーパはサンドイツチ体である中央領域を比較的大
きく残し、その部分が通常の態様にて自由に湾曲
し得るに充分なほど急峻に形成されるのが好まし
い。
Preferably, the ribs 70 are sheared at their outer ends 74 to precisely define the outer periphery of the area where stiffness is increased. Preferably, such outer diameter is equal to or only slightly exceeds the maximum diameter area of the sensor, so that the exposed portion of the diaphragm is kept as undisturbed as possible. The inner ends of ribs 70 may be similarly treated if desired. However, it is generally preferred that the ribs be smoothly connected to a flat sheet (diaphragm member) at their inner ends, as indicated at 76. Thus, the stiffness increasing effect becomes zero at the inner boundary of the region 72, so that the stiffened outer region smoothly connects to the untreated inner region,
It is also believed that the tendency of the ribs to disrupt normal mode vibrations is reduced. Preferably, however, the taper of the ribs is steep enough to leave a relatively large central area of the sanderch arch, allowing that portion to bend freely in a conventional manner.

図示の如く、リブ70は断面がU字形であり、
一定の幅と、外端部74に於ける最大値より内端
部70に於ける零まで一様に減少する深さとを有
している。かかる線形的な形成により従来の加工
法によるリブ70の製造が幾分か容易にされてお
り、またセンサの外周縁の誤差の比較的狭い範囲
28を横切るリブ部の振動は無視し得るほどのも
のである。
As shown, the rib 70 has a U-shaped cross section,
It has a constant width and a depth that decreases uniformly from a maximum at the outer end 74 to zero at the inner end 70. Such a linear configuration somewhat facilitates the manufacture of the rib 70 by conventional machining methods, and also allows for negligible vibration of the rib section across a relatively narrow range of error 28 at the sensor's outer periphery. It is something.

リブの深さがその外端部に於いて増大している
ことは、符号23にて幾分か解図的に図示されて
いる如く、センサをダイヤフラム面に固定する為
に使用される接着剤の過剰分を受け入れる為の大
きな容積を与えるのに有用である。かくして吸収
される接着剤の量の変化はリブの剛性を変化する
ことがあるが、かかる剛性は既に充分大きくされ
ているのでその影響は比較的小さい。従つてその
結果生ずる共振振動数の変化も小さく、実際には
特に露呈されたダイヤフラム面上に押出された場
合にそれと同量の過剰の接着剤が有するであろう
効果がはるかに大きなものであるのに比べ、無視
し得る程のものであることが解つている。
The increased depth of the ribs at their outer ends indicates that the adhesive used to secure the sensor to the diaphragm surface, as shown somewhat diagrammatically at 23, It is useful to provide a large volume for accommodating excess amounts of water. Changes in the amount of adhesive thus absorbed may change the stiffness of the ribs, but the effect is relatively small since such stiffness is already sufficiently large. The resulting change in resonant frequency is therefore also small, and in fact has a much greater effect than the same amount of excess adhesive would have, especially if extruded onto the exposed diaphragm surface. It is understood that this is negligible compared to the above.

上述のリブ70の基本的な効果は、通常の振動
モードに関し、センサ寸法の誤差領域に亘つて延
在する剛性の向上した部分をダイヤフラム部材に
付与することである。従つてダイヤフラム組立体
の全体としての有効な弾性挙動は、殆んどセンサ
外周縁の正確な位置とは無関係であるようにされ
る。センサ直径の通常の変化やダイヤフラム上に
配置された位置が正確な同心状態より僅かにずれ
ていることによつてはユニツトごとの共振振動数
は殆んど相違することはない。従つてユニツトご
とに共振振動数が大きく相違することになるセン
サ直径の通常の変化はリブ剛性によつて低減さ
れ、無視し得る影響しか生じない。
The basic effect of the ribs 70 described above is to provide the diaphragm member with an increased stiffness section that extends over the error region of the sensor dimensions with respect to normal modes of vibration. The overall effective elastic behavior of the diaphragm assembly is thus rendered largely independent of the exact position of the sensor outer periphery. Normal variations in sensor diameter and slight deviations from exact concentricity in position on the diaphragm will result in very little difference in the resonant frequency from one unit to another. Therefore, the normal variations in sensor diameter, which would result in large differences in resonant frequency from unit to unit, are reduced by the rib stiffness and have a negligible effect.

機械フレーム或いは他の試験部材の機械的振動
を検出する例示的な装着法及びハウジング構造
が、その対称軸線31が垂直な状態にて第3図に
於いて符号30にて示されている。ハウジングベ
ース32は同軸状のねじ部34として図示された
安定した装着構造をその下端に有しており、かか
るねじ部により共振振動数を検出されるべき試験
部材35上にその測定機器を剛固に装着し得るよ
うになつている。ハウジングベース32の上端は
それ自身と同軸状に中空部が形成されており、上
向きの環状装着面38と比較的薄いアウタ保持フ
ランジ39(軸線方向に延在する初期位置より図
示のクランプ位置まで湾曲可能である)とにより
囲繞されたリセス36が形成されている。
An exemplary mounting and housing structure for detecting mechanical vibrations in a machine frame or other test member is shown at 30 in FIG. 3 with its axis of symmetry 31 vertical. The housing base 32 has at its lower end a stable mounting structure, illustrated as a coaxial thread 34, which rigidly fixes the measuring instrument on the test member 35 whose resonant frequency is to be detected. It is now possible to attach it to The upper end of the housing base 32 is formed with a hollow portion coaxial with itself, and has an upwardly directed annular mounting surface 38 and a relatively thin outer retaining flange 39 (curved from an initial position extending in the axial direction to a clamping position as shown). A recess 36 is formed, which is surrounded by a recess 36 (which is possible).

カバー部材40はほぼカツプ形をなしており、
朝顔形の装着用リム42を有している。ほぼ円形
の孔43がカバー部材の平坦なカツプベース部に
形成されており、縁取りされたフラツプが従来の
鋤形の端子を構成すべく上方へ湾曲されている。
同様の形状を有し且つ環状の一体的な導電体ガイ
ド47を有する第二の端子46が、栓用の化合物
よりなり室58を郭定するシール壁48等により
カバーの孔43内に絶縁状態にて装着されてい
る。この導電体ガイド47は、導電体42を挿通
し得るようシール壁48を貫通する確実な通路を
形成している。
The cover member 40 has a substantially cup shape,
It has a morning glory-shaped mounting rim 42. A generally circular aperture 43 is formed in the flat cup base of the cover member and a hemmed flap is curved upwardly to define a conventional plow-shaped terminal.
A second terminal 46 having a similar shape and having an annular integral conductor guide 47 is insulated within the hole 43 of the cover, such as by a sealing wall 48 made of a plugging compound and defining a chamber 58. It is installed at. The conductor guide 47 forms a secure passage through the sealing wall 48 through which the conductor 42 can be inserted.

ダイヤフラム部材の縁部16は、例えばグラス
強化エポキシ樹脂の如き電気絶縁材料にて形成さ
れたリングであつて隔置し且つ芯出しするための
リング50により、装着面38より隔置されてい
るのが好ましい。導電体24は、ガイド47に形
成された通路をシールする符号49にて示された
位置に於いて端子46にハンダ付けされている。
ベースフランジ39はOリング54上に湾曲され
ており、第二の隔置/絶縁リング52はダイヤフ
ラム組立体を強固にクランプしており且つ外部よ
り汚染されないようハウジングを密封している。
The edge 16 of the diaphragm member is spaced from the mounting surface 38 by a spacing and centering ring 50 formed of an electrically insulating material such as glass-reinforced epoxy resin. is preferred. The conductor 24 is soldered to the terminal 46 at a location indicated at 49 sealing the passageway formed in the guide 47.
The base flange 39 is curved onto an O-ring 54 and a second spacing/insulating ring 52 firmly clamps the diaphragm assembly and seals the housing from external contamination.

第3図のハウジング構造はただ単に例示的なも
のであり、ダイヤフラム組立体22が干渉を受け
ずにその共振振動数にて自由に振動し得る限り必
要に応じて特定の要件に適合するよう変化されて
よい。例えば試験部材35の如き機械的部材内で
はなく空気の如き気体媒体中にて特定振動数の振
動を検出し或いは発生するのが望ましいことがあ
る。かかる目的でベース32には周知の要領にて
装着用スタツド(ねじ部)34に代えてその周縁
に任意の適当な形式の装着構造が設けられて良
く、またそのベースの下方部分には大気の振動が
通過し得るよう室56と外部との間を接続する充
分な孔が周知の態様にて設けられてよい。
The housing structure of FIG. 3 is merely illustrative and may be modified as necessary to suit particular requirements, so long as the diaphragm assembly 22 is free to vibrate at its resonant frequency without interference. It's okay to be. For example, it may be desirable to detect or generate vibrations at a particular frequency in a gaseous medium, such as air, rather than within a mechanical member, such as test member 35. For this purpose, the base 32 may be provided with any suitable type of mounting structure around its periphery in place of mounting studs 34 in a manner well known in the art, and the lower portion of the base may be provided with an atmospheric vent. Sufficient holes connecting between chamber 56 and the outside may be provided in a known manner to allow vibrations to pass through.

本発明によるダイヤフラムに局部的に剛性を付
与するリブ74或いはこれと等価な構造は、符号
18にて示され前述の特許出願により詳細に開示
された円筒形構造と組合せて使用されるのが好ま
しい。しかし本発明により得られる利点は他の振
動数安定化手段とは独立したものである。
Ribs 74 or equivalent structures for locally imparting stiffness to the diaphragm according to the invention are preferably used in combination with the cylindrical structure shown at 18 and disclosed in detail in the aforementioned patent application. . However, the advantages provided by the invention are independent of other frequency stabilization measures.

添付の第5図は、ダイヤフラム部14と同一平
面内に縁部16aを有する従来の平坦なダイヤフ
ラム部材として本発明の例示的実施例を示すもの
である。かかるダイヤフラムに局部的に剛性を付
与することは、典型的には、基本的には上述した
ものと同様でありほぼ同一の要領にて機能する複
数個の角方向に隔置されたリブ70により得られ
る。
The accompanying FIG. 5 depicts an exemplary embodiment of the invention as a conventional flat diaphragm member having an edge 16a in the same plane as the diaphragm portion 14. Localized stiffening of such diaphragms is typically provided by a plurality of angularly spaced ribs 70 which are essentially similar to those described above and function in substantially the same manner. can get.

以上の如く本発明は、ユニツトごとの共振振動
数の相違の原因であるセラミツク検出デイスクの
直径の通常の誤差を排除することにより、共振型
の圧電気セラミツクトランスデユーサの技術を大
きく改良するものである。
As described above, the present invention significantly improves the technology of resonant piezoelectric ceramic transducers by eliminating the normal error in the diameter of the ceramic sensing disk, which is the cause of differences in resonant frequency from unit to unit. It is.

以上に於いては本発明をその特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、本発明の範囲内にて
種々の修正並びに省略が可能であることは当業者
にとつて明らかであろう。
Although the present invention has been described above in detail with respect to specific embodiments thereof, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications and omissions can be made within the scope of the present invention. This will be clear to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を具現化するダイヤフラム及び
センサを示す解図的平面図である。第2図は一部
が軸線を通る平面にて破断された第1図のダイヤ
フラム及びセンサの解図的正面図である。第3図
は本発明による装着/ハウジング構造を示す解図
的縦断面図である。第4図は第2図に図示された
ダイヤフラム及びセンサの一部を拡大して示す解
図的拡大部分図である。第5図は一つの修正例を
示す解図的拡大部分断面図である。 10〜ダイヤフラム組立体、11〜対称軸線、
12〜ダイヤフラム部材、14〜中央ダイヤフラ
ム部、16〜装着部、18〜連結構造部或いは円
筒形セクシヨン、20〜検出要素、22〜ダイヤ
フラム組立体、23〜エポキシ接着材、24〜導
電体、30〜機械フレーム、31〜対称軸線、3
2〜ハウジングベース、34〜ねじ部、35〜試
験部材、36〜リセス、38〜装着面、39〜保
持フランジ、40〜カバー部材、42〜装着リ
ム、43〜円形孔、46〜第二の端子、47〜導
電体ガイド、48〜シール壁、49〜端子、5
0,52〜リング、54〜Oリング、56,58
〜室、70〜リブ、72〜環状領域、74〜外端
部、76〜内端部。
FIG. 1 is an illustrative plan view showing a diaphragm and sensor embodying the invention. FIG. 2 is an illustrative front view of the diaphragm and sensor of FIG. 1, partially cut away along a plane passing through the axis. FIG. 3 is an illustrative longitudinal cross-sectional view of a mounting/housing structure according to the present invention. FIG. 4 is an illustrative enlarged partial view showing a portion of the diaphragm and sensor shown in FIG. 2 on an enlarged scale. FIG. 5 is an illustrative enlarged partial sectional view showing one modification example. 10 - diaphragm assembly, 11 - axis of symmetry,
12 - diaphragm member, 14 - central diaphragm section, 16 - mounting section, 18 - connecting structure or cylindrical section, 20 - sensing element, 22 - diaphragm assembly, 23 - epoxy adhesive, 24 - conductor, 30 - Machine frame, 31 ~ axis of symmetry, 3
2 - Housing base, 34 - Threaded part, 35 - Test member, 36 - Recess, 38 - Mounting surface, 39 - Holding flange, 40 - Cover member, 42 - Mounting rim, 43 - Circular hole, 46 - Second terminal , 47~conductor guide, 48~seal wall, 49~terminal, 5
0,52~ring, 54~O ring, 56,58
- chamber, 70 - rib, 72 - annular region, 74 - outer end, 76 - inner end.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ダイヤフラム部14を有するダイヤフラム部
材12と、 前記ダイヤフラム部材をその周縁部にて支持す
る支持構造体32と、 前記ダイヤフラム部材の前記ダイヤフラム部の
平面輪郭よりも小さい平面輪郭のシート片形状の
圧電気セラミツク検出要素20にして、前記ダイ
ヤフラム部上にその周縁部が露呈されるようにそ
の中心部に実質的に芯合せされて装着され、前記
ダイヤフラム部材と一体となつてダイヤフラム組
立体を与えるようになつた圧電気検出要素と、 前記ダイヤフラム構造体の固有周波数を所定の
値に調整すべく前記圧電気セラミツク検出要素の
平面輪郭に沿つて延在する前記ダイヤフラム部の
環状領域72を選択的に剛化させる手段70,2
3と、 を有することを特徴とする圧電気トランスデユー
サ。
[Scope of Claims] 1. A diaphragm member 12 having a diaphragm portion 14; a support structure 32 that supports the diaphragm member at its peripheral edge portion; A piezoelectric ceramic sensing element 20 in the form of a sheet piece is mounted on the diaphragm portion so as to be substantially aligned with its center so that its periphery is exposed, and is integrated with the diaphragm member to form a diaphragm. a piezoelectric sensing element adapted to provide an assembly; and an annular region of said diaphragm portion extending along a planar contour of said piezoelectric ceramic sensing element for adjusting the natural frequency of said diaphragm structure to a predetermined value. means 70,2 for selectively stiffening 72;
3. A piezoelectric transducer comprising:
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JPS6041398A (en) * 1983-08-15 1985-03-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Cubic body driving receiver

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JPS543186B2 (en) * 1976-08-31 1979-02-19
JPS6122249U (en) * 1984-07-13 1986-02-08 住友金属工業株式会社 Shielding refractory for slag outflow detection

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