KR20120025978A - 초음파 트랜스듀서 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 초음파의 송신 또는 수신을 행하는 초음파 트랜스듀서에 관하여, 종래보다 잔향 특성을 더욱 개선할 수 있는 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
주축방향의 단부가 폐색된 바닥이 있는 통형상의 케이스와, 상기 케이스의 내부 바닥부 중앙에 접착되어 있는 압전소자와, 상기 압전소자에 대향해서 케이스내에 배치되어 있는 성형체를 구비하고, 상기 성형체는 상기 압전소자에 대향하는 한쪽 주면에, 다수의 요철부가 형성되어 있고, 적어도 상기 다수의 요철부가 상기 압전소자에 대하여 이간되어 배치되어 있다.

Description

초음파 트랜스듀서{ULTRASONIC TRANSDUCER}
본 발명은 초음파의 송신 또는 수신을 행하는 초음파 트랜스듀서에 관한 것이다.
자동차의 백 소나(back sonar)로서 초음파 트랜스듀서가 이용되고 있다. 종래의 초음파 트랜스듀서는 주축방향의 단부가 폐색(closed)된, 바닥이 있는 통형상의 케이스, 상기 케이스의 내부 바닥면에 접착되어 있는 압전소자, 및 상기 케이스의 개구부를 막는 수지 등으로 구성되어 있다. 초음파 트랜스듀서는 상기 압전소자에 구동 전압을 인가함으로써, 상기 압전소자와 상기 케이스를 진동시켜서 상기 케이스의 외측방향으로 초음파를 송신하고, 대상물로부터 튕겨 나온 반사파를 수신하여, 반사 시간을 계측함으로써 대상물과의 거리를 측정하는 것이다.
이러한 초음파 트랜스듀서에 있어서는, 케이스의 외측방향뿐만 아니라, 케이스의 내측방향으로도 초음파가 송신되어 버린다. 케이스의 내측방향으로 송신된 초음파는 상기 수지에 도달하면 상기 압전소자 방향으로 튕겨 나와, 다시 상기 압전소자를 진동시킨다. 이들 여분의 진동이 잔향으로서 인식된다. 일반적으로 이러한 경우에는 초음파가 상기 수지와 상기 압전소자 사이에서 수십회에 걸쳐 다중 반사하기 때문에, 초음파 트랜스듀서의 잔향 시간이 길어지는 경향이 있다. 잔향 시간이 길어지면, 근거리 검지가 곤란해진다는 문제가 생긴다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 초음파 트랜스듀서가 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에 개시된 초음파 트랜스듀서(700)는 도 12에 나타내는 바와 같이, 케이스체(71), 압전소자(72), 베이스 기판(73), 리드선(74), 외부 접속단자(75) 및 흡음재(70)로 구성되어 있다.
케이스체(71)는 주축방향의 단부가 폐색된 바닥이 있는 통형상을 하고 있으며, 금속으로 형성되어 있다. 상기 케이스체(71)는 바닥이 있는 통형상의 외부 케이스(76) 및 상기 외부 케이스(76)의 내부 둘레면에 마련된 통형상의 내부 케이스(77)로 구성되어 있다. 상기 압전소자(72)는 상기 케이스체(71)의 내부 바닥면에 접착되어 있다.
상기 흡음재(70)는 상기 압전소자(72)에 대향하여, 상기 압전소자(72)의 주면(主面)에 접촉하지 않도록 이간되어 상기 케이스체(71)의 내측 공간에 배치되어 있다. 상기 흡음재(70)는 다공질 실리콘으로 형성되어 있다.
베이스 기판(73)은 상기 흡음재(70)의 다른쪽 주면에 마련되어 있다. 상기 베이스 기판(73)에는 리드선(74)이 2개 접속되어 있으며, 한쪽은 상기 압전소자(72)의 한쪽 전극에, 다른 한쪽은 상기 케이스체(71)에 접속되어 있다. 또한 상기 베이스 기판(73)에는 상기 리드선(74)에 접속된 외부 접속단자(75)가 2개 접속되어 있다. 상기 외부 접속단자(75)는 상기 케이스체(71)의 외부로 인출된다.
WO2007/029559호 공보
도 12에 기재된 선행기술에서는, 케이스의 내부에 흡음재를 마련함으로써 잔향 특성의 개선이 이루어지고 있었다. 그러나 이 대책들을 실시해도 초음파의 잔향을 완전히 없앨 수는 없어, 잔향 특성의 한층 더한 개선이 요망되는 경우가 있다.
그래서 본 발명의 목적은 종래보다 더욱 잔향 특성을 개선할 수 있는 초음파 트랜스듀서를 제공하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 주축방향의 단부가 폐색된 바닥이 있는 통형상의 케이스와, 상기 케이스의 내부 바닥부 중앙에 접착되어 있는 압전소자와, 상기 압전소자에 대향해서 케이스 내에 배치되어 있는 성형체를 구비하고, 상기 성형체는 상기 압전소자에 대향하는 한쪽 주면에 다수의 요철부가 형성되어 있고, 적어도 상기 다수의 요철부가 상기 압전소자에 대해서 이간되어 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성하면, 케이스의 내측방향으로 발생하는 초음파를 난반사시킬 수 있다. 난반사된 초음파는 압전소자 방향으로 직접 튕겨 나오기 어렵기 때문에, 성형체와 압전소자 사이에서 다중 반사가 일어나기 어렵다. 또한 반사를 할 때마다 초음파 신호가 감쇠되기 때문에, 케이스의 내측방향의 잔향 특성이 개선된다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 다수의 요철부는 피라미드 형상으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는 성형체 및 성형체를 형성하기 위한 금형의 제조나 가공이 간단해져 관리하기가 쉽다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 다수의 요철부는 머리가 잘린(truncated) 피라미드 형상으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는 성형체의 제조나 가공이 간단해진다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 성형체는 상기 다수의 요철부의 바깥둘레부에 복수의 다리부가 형성되어 있고, 상기 다리부는 상기 케이스의 내부 바닥부에 접촉되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는 다리부에 의해 케이스의 진동을 억제할 수 있기 때문에 잔향을 감쇠시킬 수 있다. 또한 케이스의 바닥면에서 성형체의 다수의 요철부까지의 거리의 정밀도를 높일 수 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 성형체는 상기 다수의 요철부의 바깥둘레부에 돌기가 형성되어 있고, 상기 돌기는 상기 압전소자의 주면에 접촉되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는 압전소자의 진동의 수준을 어느 정도 억제할 수 있기 때문에, 잔향의 수준도 마찬가지로 억제할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 성형체는 상기 다수의 요철부 중 가장 상기 압전소자에 먼 개소와 상기 압전소자와의 거리가, 사용하는 초음파의 1/4 파장 이하인 것이 바람직하다. 이 경우에는 케이스의 내측방향으로 발생하는 초음파와 반사파가 서로 상쇄(cancel)하는 동작을 행하기 때문에, 초음파의 감쇠가 빨라져 보다 잔향을 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 케이스의 내측방향으로 발생하는 초음파를 난반사시킬 수 있다. 난반사된 초음파는 압전소자 방향으로 직접 튕겨 나오기 어렵기 때문에, 성형체와 압전소자 사이에서 다중 반사가 일어나기 어렵다. 또한 반사를 할 때마다 초음파 신호가 감쇠되기 때문에, 본 발명에 따르면 케이스의 내측방향의 잔향 특성이 개선된다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면도이다.
도 2는 실시형태 1에 따른 초음파 트랜스듀서의 케이스의 사시도이다.
도 3은 실시형태 1에 따른 초음파 트랜스듀서의 성형체의 사시도이다.
도 4는 실시형태 1에 따른 초음파 트랜스듀서의 성형체의 하면도이다.
도 5는 실험예 1 및 비교예 1의 초음파 트랜스듀서의 단면 개략도이다.
도 6은 도 5의 실험예 1 및 비교예 1에 기초하는 잔향 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 실험예 2?5 및 비교예 2에 기초하는 잔향 특성 및 종합 감도를 나타내는 도면이다.
도 8은 실험예 2 및 실험예 6?10에 기초하는 잔향 특성 및 종합 감도를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시형태 1의 변형예 1에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 2에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면 개략도이다.
도 11은 실시형태 2의 변형예 1에 따른 초음파 트랜스듀서의 단면 개략도이다.
도 12는 선행기술의 단면 개략도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 따른 초음파 트랜스듀서에 대하여 설명한다.
(실시형태 1)
이하, 실시형태 1에 대하여 도 1?4를 참조하면서 설명한다. 본 실시형태 1의 초음파 트랜스듀서(100)는 케이스(1), 압전소자(2), 베이스 기판(3), 리드선(4a, 4b), 외부 접속단자(5a, 5b) 및 성형체(10)를 구비한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 케이스(1)는 주축방향의 단부가 폐색된 바닥이 있는 통형상이며, 예를 들면 알루미늄 등의 금속재료로 형성되어 있다. 케이스(1)의 내부 바닥면은 대략 타원형상으로 구성되어 있고, 장축방향의 양 끝부분에 오목부(1b)가 각각 형성되어 있다. 또한 케이스(1)의 바깥둘레면의 개구측에서 단축방향의 양 끝부분에, 컷아웃부(cutout)(1a)가 각각 대향해서 마련되어 있다.
압전소자(2)는 양 면에 전극(도시하지 않음)이 마련되어 있고, 케이스(1)의 내부 바닥면 중앙에 접착되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 성형체(10)는 대략 타원형상으로 구성되어 있고, 케이스(1)에 들어맞는 형상을 하고 있다. 성형체(10)는 예를 들면 실리콘 수지로 형성되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 성형체(10)의 하부는 대략 타원기둥형상으로 형성되어 있고, 다수의 피라미드 형상의 오목부(10a), 다리부(10b) 및 돌기(10c)가 마련되어 있다.
구체적으로는, 다수의 피라미드 형상의 오목부(10a)는 성형체(10)의 하부 중앙의 원형영역에 마련되어 있고, 격자형상으로 등간격으로 형성되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 다수의 요철부(11)가 압전소자(2)에 닿지 않도록, 성형체(10)가 케이스(1)의 내부에 설치되어 있다. 피라미드 형상의 오목부(10a)의 형상은 사각뿔이다.
다리부(10b)는 요철부(11)의 바깥둘레부에 2개소 볼록형상으로 마련되어 있다. 다리부(10b)는 케이스(1)의 내부 바닥부에 마련된 오목부(1b)에 들어맞도록 형성되어 있다. 이와 같이 구성되어 있으므로, 다리부(10b)에 의해 케이스(1)의 진동을 억제할 수 있어 잔향을 억제할 수 있다. 또한 케이스(1)의 내부 바닥부에서 피라미드 형상의 오목부(10a)까지의 거리의 정밀도를 높일 수 있다.
돌기(10c)는 요철부(11)의 바깥둘레에 마련되어 있고, 본 실시예에서는 예를 들면 4개소에 마련되어 있다. 돌기(10c)는 압전소자(2)의 바깥둘레부의 일부에 접촉하는 것과 같은 높이로 설정되어 있다. 이와 같이 구성되어 있으므로, 초음파 트랜스듀서(100)의 종합 감도를 실용상 문제가 되지 않을 정도로 저하시키지만, 동시에 잔향 특성을 향상시킨다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 베이스 기판(3)은 성형체(10)의 다른쪽 주면 중앙에 설치되어 있다. 압전소자(2) 및 베이스 기판(3)은 리드선(4a)에 의해 접속되고, 케이스(1) 및 베이스 기판(3)은 리드선(4b)에 의해 접속되어 있다. 리드선(4a)은 외부 접속단자(5a), 리드선(4b)은 외부 접속단자(5b)에 각각 접속되어 있다. 이들 접속단자(5a 및 5b)는 케이스(1)의 외부로 인출된다.
또한 성형체(10)의 다른쪽 주면에서 케이스(1)의 개구부까지의 공간은 충전제(도시하지 않음)로 충전되어 있고, 물방울이나 이물 등의 침입을 막는 방적형(drip-proof structure)으로 구성되어 있다.
이하에, 초음파 트랜스듀서(100)의 동작을 나타낸다.
본 발명의 초음파 트랜스듀서(100)는 송신 기능과 수신 기능을 구비한 것이다. 압전소자(2)에 고유 진동수의 구동 전압을 인가함으로써, 압전소자(2)를 여진시킨다. 본 실시형태에서는 40KHz?400KHz의 주파수를 상정하고 있다. 먼저, 케이스(1)의 바닥면에서 케이스(1)의 외측방향으로 초음파가 송신된다. 송신된 초음파는 장애물에 도달하면, 그 일부가 반사파로서 초음파 트랜스듀서(100) 방향으로 반사된다. 케이스(1)의 바닥면이 반사파를 수신하면 바닥면이 고유 진동하여, 압전소자(2)가 진동함으로써 기전력이 얻어진다. 이와 같이, 초음파를 송신하고나서 반사파를 수신할 때까지의 시간으로, 장해물까지의 거리를 검지한다.
한편 압전소자(2)를 여진시켰을 때에 케이스(1)의 내측방향으로도 초음파가 발생한다. 이 초음파가 압전소자(2) 상부의 공기를 매체로 해서 성형체(10)에 도달하면, 공기와 성형체(10)의 음향 임피던스의 차이로 인해, 성형체(10)의 압전소자(2)에 대향하는 한쪽 주면에서 반사 및 흡수 작용이 일어난다. 이와 같이 구성한 성형체(10)의 한쪽 주면에 다수의 요철부가 형성되어 있기 때문에, 케이스(1)에서 발생하는 초음파를 난반사하는 비율이 높다.
본 실시형태에서는 압전소자(2)에 대향하는 한쪽 주면에 다수의 피라미드 형상의 오목부(10a)가 형성되어 있고, 적어도 다수의 요철부(11)가 압전소자(2)에 대해서 이간되어 배치되어 있다. 이와 같이 구성되어 있으므로, 케이스(1)의 내측방향으로 발생하는 초음파가 압전소자(2) 상부의 공기를 매체로 해서 성형체(10)에 도달하여, 성형체(10)의 표면에서 반사될 때에 초음파를 난반사시킬 수 있다. 난반사된 초음파는 압전소자 방향으로 직접 튕겨 나오기 어렵기 때문에, 성형체와 압전소자 사이에서 다중 반사가 일어나기 어렵다. 또한 반사를 할 때마다 초음파 신호가 감쇠되기 때문에 케이스의 잔향 특성이 개선된다. 또한 성형체 및 성형체를 형성하기 위한 금형의 제조나 가공이 간단해져 관리하기가 쉽다.
또한 종래에는 성형체(10)를 케이스(1)보다 한 사이즈 크게 형성하여, 케이스(1)에 압입해서 높이를 조정했지만, 본 실시형태에 따르면, 성형체(10)의 다수의 요철부(11)의 바깥둘레부에 복수의 다리부(10b)가 형성되어 있고, 다리부(10b)는 케이스(1)의 내부 바닥부에 접촉되어 있으므로, 케이스(1)의 진동을 억제할 수 있어 잔향을 억제할 수 있다. 또한 케이스(1)의 내부 바닥부에서부터 피라미드 형상의 오목부(10a)까지의 거리의 정밀도를 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 성형체(10)의 다수의 요철부(11)의 바깥둘레에 돌기(10c)가 형성되어 있고, 돌기(10c)는 압전소자(2)의 주면에 접촉되어 있다. 이와 같이 구성되어 있으므로, 압전소자(2)의 진동의 수준을 어느 정도 억제할 수 있어, 압전소자(2)로부터 발생하는 잔향의 수준을 마찬가지로 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 성형체(10)의 다수의 요철부(11) 중 가장 압전소자(2)에 먼 개소와 상기 압전소자(2)와의 거리가, 사용하는 초음파의 1/4 파장 이하이다. 이와 같이 구성되어 있으므로, 발생하는 초음파와 반사파가 서로 상쇄하는 동작을 행하기 때문에, 초음파의 감쇠가 빨라져 보다 잔향을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 성형체(10)를 도 2와 같은 대략 타원형상으로 성형하고 있지만, 이것에 한하는 것은 아니다.
본 실시형태에서는 성형체(10)의 압전소자에 대향하는 한쪽 주면에, 피라미드 형상의 오목부(10a)를 마련해서 다수의 요철부(11)를 형성하고 있지만, 이것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면 반원형상의 오목부를 마련해도 되고, 볼록부를 마련해서 다수의 요철부(11)를 형성해도 된다.
본 실시형태에서는 피라미드 형상의 오목부(10a)의 형상을 사각뿔로 하고 있지만, 이것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면 원뿔나 삼각뿔, 팔각뿔 등으로 해도 된다.
(실험예 1과 비교예 1)
실험예 1로서 도 5(A)에 나타내는 트랜스듀서(100A)를 이용하고, 비교예 1로서 도 5(B)에 나타내는 트랜스듀서(400)를 이용해서 실험하였다. 여기서 실험예 1은 상술한 실시형태 1에서의 성형체(10) 중, 돌기(10c)를 생략한 구성을 하고 있다. 성형체(10) 이외의 실시형태 1과 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 실험예 1의 트랜스듀서(100A)는 실시형태 1과 마찬가지로, 성형체(20)에 다리부(20b)가 형성된 것이며, 성형체(20)의 주면에 다수의 피라미드 형상의 오목부(20a)를 마련해서 다수의 요철부(21)를 형성하고 있다. 피라미드 형상의 오목부(20a)는 사각뿔형상으로 마련되어 있다. 또한 거리(h1)는 다수의 요철부(21)의 가장 압전소자(2)에 먼 개소에서부터 압전소자(2)까지의 거리를 나타낸다. 이때의 거리는 0.65mm이다.
도 5(B)에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 트랜스듀서(400)는 성형체(40)에 다리부(40b)가 형성된 것이며, 성형체(40)의 주면은 요철이 없는 평면이다. 거리(h2)는 성형체(40)의 압전소자(42)에 대향하는 주면에서부터 압전소자(42)까지의 거리를 나타낸다. 이때의 거리는 0.65mm이다.
조건 성형체의 주면의 형상 거리(mm)
실험예 1 요철 0.65
비교예 1 평면 0.65
표 1에 나타내는 조건으로 실험하였다. 본 실험에서는 이 2개의 조건하에서, 상온의 잔향 특성을 측정해서 비교하였다. 여기서 상온은 25℃이다. 잔향 특성은 초음파를 출력하고나서 압전소자의 진동이 사그라질 때까지의 시간이다.
도 6에 실험 결과를 나타낸다. 실험에 사용한 샘플수는 5이다. 도면 중의 수치는 평균값을 나타낸다. 실험예 1의 잔향 특성의 평균값은 0.98ms, 비교예 1의 잔향 특성의 평균값은 1.36ms이다. 한편 초음파 트랜스듀서로서 요구되는 잔향 특성의 값은 예를 들면 상온에서 1.4ms 이하이다.
이상의 결과로부터, 실험예 1, 비교예 1 모두 잔향 특성의 값은 소망하는 값을 만족하고 있다. 그러나 실험예 1과 비교예 1을 비교하면, 실험예 1 쪽이 비교예보다 상온에서의 잔향 특성이 뛰어남을 알 수 있다. 즉, 성형체의 한쪽 주면에 다수의 요철부가 형성되어 있으면, 잔향 특성이 보다 향상된다고 말할 수 있다.
(실험예 2?10과 비교예 2)
실험예 2의 구조는 실시형태 1에 따른 초음파 트랜스듀서(100)와 동일한 형상이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 성형체(10)의 주면에 다수의 피라미드 형상의 오목부(10a)를 마련해서 다수의 요철부(11)를 형성하고 있다. 피라미드 형상의 오목부(10a)는 사각뿔형상으로 마련되어 있다. 또한 성형체(10)에는 다리부(10b)와 돌기(10c)가 형성되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 돌기(10c)는 피라미드 형상의 오목부(10a)의 바깥둘레에 4개소 마련되어 있다. 거리(h)는 피라미드 형상의 오목부(10a)의 가장 압전소자(2)에 먼 개소에서부터 압전소자(2)까지의 거리를 나타낸다. 이때의 거리는 0.65mm이다.
조건 성형체의 주면의 형상 돌기의 개수 거리(mm)
실험예 2 요철 4 0.65
실험예 3 요철 4 2.13(λ/4)
실험예 4 요철 4 0.95
실험예 5 요철 4 0.80
실험예 6 요철 1(바깥둘레 전체면) 0.65
실험예 7 요철 12 0.65
실험예 8 요철 8 0.65
실험예 9 요철 6 0.65
실험예 10 요철 0 0.65
비교예 2 요철 4 0.50
실험예 3?5, 및 비교예 2는 표 2에 나타내는 바와 같이, 실험예 2에 비해서 성형체(10)와 압전소자(2)의 거리(h)가 다른 샘플이다. 이들의 상온의 잔향 특성, 및 종합 감도를 측정해서 비교한다. 여기서 상온은 25℃이다. 잔향 특성은 초음파를 출력하고나서 압전소자의 진동이 사그라질 때까지의 시간이다. 종합 감도는 수신한 반사파의 전압의 피크값이다.
거리(h)는 피라미드 형상의 오목부(10a)의 가장 압전소자(2)에 먼 개소에서 압전소자(2)까지의 거리를 나타낸다. 본 실험예에서는 사용하는 초음파 트랜스듀서의 1/4 파장인 2.13mm에서, 성형체(10)가 압전소자(2)에 접촉하는 0.50mm까지 조건을 변경해서 검증한다.
도 7에 표 2의 조건하에서의 실험 결과를 나타낸다. 실험에 사용한 샘플수는 5이다. 도면 중의 수치는 평균값을 나타낸다. 한편 초음파 트랜스듀서로서 요구되는 잔향 특성의 값은 예를 들면 상온에서 1.4ms 이하이다. 또한 요구되는 종합 감도의 값은 예를 들면 상온에서 1.2Vop 이상이다.
실험예 2, 실험예 3?5, 및 비교예 2를 비교하면, 거리(h)가 λ/4에서 짧아질수록 잔향 특성이 개선됨을 알 수 있다. 즉, 피라미드 형상의 오목부(10a)의 가장 압전소자(2)에 먼 개소에서 압전소자(2)까지의 거리(h)가, 잔향 특성에 관여하고 있다고 말할 수 있다. 이것은, 거리(h)가 λ/4 이하일 때에는 공명이 일어나지 않는 조건이 되어, 초음파를 감쇠시키는 데에 유리하기 때문이다.
그러나 비교예 2와 같이 성형체(10)와 압전소자(2)가 접촉되었을 경우에는 잔향 특성은 향상되지만, 종합 감도가 1.60Vop가 되어 현저하게 저하된다. 이것으로부터, 거리(h)는 압전소자(2)의 동작을 저해하지 않는 거리에서 λ/4까지의 구간으로 설정하면 효과적이라고 할 수 있다.
실험예 6?10은 표 2에 나타내는 바와 같이, 실험예 2에 비해서 돌기(10c)의 수가 다른 샘플이다. 피라미드 형상의 오목부(10a)의 바깥둘레에, 돌기(10c)를 점대칭이 되도록 일정한 공극을 두고 마련하여, 압전소자(2)를 억제하는 면적을 변경한다. 이들의 상온의 잔향 특성, 및 종합 감도를 측정해서 비교한다.
도 8에 표 2의 조건하에서의 실험 결과를 나타낸다. 실험에 사용한 샘플수는 5이다. 도면 중의 수치는 평균값을 나타낸다. 한편 초음파 트랜스듀서로서 요구되는 잔향 특성의 값은 예를 들면 상온에서 1.4ms 이하이다. 또한 요구되는 종합 감도의 값은 예를 들면 상온에서 1.2Vop 이상이다.
실험예 2 및 실험예 6?10을 비교하면, 돌기(10c)를 마련하는 개소를 바깥둘레 전체면, 12개소, 8개소, 6개소, 4개소, 0개소로 줄여 나감으로써 종합 감도가 단계적으로 상승되어 감을 알 수 있다. 이것은 압전소자(2)의 진동을 억제하는 면적이 적어지는 것이 요인이다. 여기서 돌기(10c)의 수가 0개소일 경우에는 종합 감도가 가장 좋지만, 잔향 특성이 가장 나쁘다. 이것은 잔향 특성과 종합 감도가 트레이드 오프 관계로 되어 있기 때문이다.
한편 돌기의 수가 4개소일 경우에는 종합 감도가 2.23Vop로 비교적 높고, 상온 잔향도 0.94ms로 충분히 억제되어 있다. 이것으로부터 돌기(10c)의 수는 4개소가 바람직하다고 할 수 있다.
본 실험에서는 돌기(10c)를 마련하는 개소를 0개소, 4개소, 6개소, 8개소, 12개소, 및 바깥둘레 전체면으로 해서 실험하였지만, 이것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면 2개소여도 상관없고, 홀수 개소여도 된다.
(실시형태 1의 변형예 1)
도 9는 본 실시형태 1의 변형예 1에 따른 초음파 트랜스듀서(100B)의 단면도이다. 실시형태 1과 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
본 변형예의 초음파 트랜스듀서(100B)는 케이스(1), 압전소자(2), 베이스 기판(3), 리드선(4), 외부 접속단자(5) 및 성형체(30)를 구비한다.
성형체(30)의 압전소자(2)에 대향하는 주면에는 다수의 머리가 잘린 피라미드 형상의 오목부(30a), 다리부(30b) 및 돌기(30c)가 마련되어 있다.
구체적으로는, 다수의 머리가 잘린 피라미드 형상의 오목부(30a)는 성형체(30)의 주면 중앙의 원형영역에 마련되어 있고, 격자형상으로 등간격으로 형성되어 있다. 머리가 잘린 피라미드 형상의 오목부(30a)가 마련되어 있는 다수의 요철부(31)가, 압전소자(2)에 닿지 않도록 성형체(30)가 설치되어 있다. 머리가 잘린 피라미드 형상의 오목부(30a)의 형상은 사각뿔대이다. 이와 같이 구성되어 있으므로 성형체의 제조나 가공이 간단해진다.
상기 실시형태에서는 성형체와 케이스의 내측에 틈을 남겨 충전 실리콘이 들어가기 쉽도록 고안을 추가했지만, 이것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면 성형체를 케이스보다 한 사이즈 크게 형성해서 끼워 넣거나 해도 된다.
상기 실시형태에서는 성형체의 재료로서 실리콘 수지를 사용했지만, 이것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면 우레탄과 같은 단포(colsed-cell)?연포품(open-cell)이나, 펠트와 같은 합성 섬유를 사용해도 된다.
(실시형태 2)
도 10은 본 실시형태 2에 따른 초음파 트랜스듀서(500)의 단면도이다. 본 실시형태의 초음파 트랜스듀서(500)는 케이스(51), 압전소자(52), 베이스 기판(53), 리드선(54), 외부 접속단자(55) 및 성형체(50)를 구비한다.
성형체(50)의 압전소자(52)에 대향하는 주면에는 다수의 피라미드 형상의 볼록부(50a)에 의한 다수의 요철부(56), 다리부(50b) 및 돌기(50c)가 마련되어 있다.
실시형태 2에서 실시형태 1과 다른 부분은 성형체(50)의 형상이다.
구체적으로는, 다수의 피라미드 형상의 볼록부(50a)는 성형체(50)의 주면 중앙의 원형영역에 마련되어 있고, 격자형상으로 등간격으로 형성되어 있다. 피라미드 형상의 볼록부(50a)가 압전소자(52)에 닿지 않도록 성형체(50)가 설치되어 있다. 피라미드 형상의 볼록부(50a)의 형상은 사각뿔이다. 이와 같이 구성되어 있으므로 실시형태 1과 동일한 효과가 얻어진다.
(실시형태 2의 변형예 1)
도 11은 본 실시형태 2의 변형예 1에 따른 초음파 트랜스듀서(500A)의 단면도이다. 실시형태 2와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
본 변형예의 초음파 트랜스듀서(500A)는 케이스(51), 압전소자(52), 베이스 기판(53), 리드선(54), 외부 접속단자(55) 및 성형체(60)를 구비한다.
성형체(60)의 압전소자(52)에 대향하는 주면에는 다수의 머리가 잘린 피라미드 형상의 볼록부(60a)에 의한 다수의 요철부(61), 다리부(60b) 및 돌기(60c)가 마련되어 있다. 구체적으로는, 다수의 머리가 잘린 피라미드 형상의 볼록부(60a)는 성형체(60)의 주면 중앙의 원형영역에 마련되어 있고, 격자형상으로 등간격으로 형성되어 있다. 머리가 잘린 피라미드 형상의 볼록부(60a)가 압전소자(52)에 닿지 않도록 성형체(60)가 설치되어 있다. 머리가 잘린 피라미드 형상의 볼록부(60a)의 형상은 사각뿔대이다. 이와 같이 구성되어 있으므로, 성형체의 제조나 가공이 간단해진다.
100 초음파 트랜스듀서
1 케이스
2 압전소자
3 베이스 기판
4a, 4b 리드선
5a, 5b 외부 접속단자
10 성형체
10a 피라미드 형상의 오목부
10b 다리부
10c 돌기
11 요철부

Claims (6)

  1. 주축방향의 단부가 폐색(closed)된 바닥이 있는 통형상의 케이스와, 상기 케이스의 내부 바닥부 중앙에 접착되어 있는 압전소자와, 상기 압전소자에 대향해서 케이스 내에 배치되어 있는 성형체를 포함하고,
    상기 성형체는 상기 압전소자에 대향하는 한쪽 주면에 다수의 요철부가 형성되어 있고, 적어도 상기 다수의 요철부가 상기 압전소자에 대하여 이간되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 요철부는 피라미드 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 요철부는 머리가 잘린 피라미드 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는 상기 다수의 요철부의 바깥둘레부에 복수의 다리부가 형성되어 있고, 상기 다리부는 상기 케이스의 내부 바닥부에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는 상기 다수의 요철부의 바깥둘레부에 돌기가 형성되어 있고, 상기 돌기는 상기 압전소자의 주면에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는 상기 다수의 요철부 중 가장 상기 압전소자에 먼 개소와 상기 압전소자와의 거리가, 사용하는 초음파의 1/4 파장 이하인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서.
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