JPH01206281A - 超音波振動子及びその製造方法 - Google Patents
超音波振動子及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH01206281A JPH01206281A JP3151788A JP3151788A JPH01206281A JP H01206281 A JPH01206281 A JP H01206281A JP 3151788 A JP3151788 A JP 3151788A JP 3151788 A JP3151788 A JP 3151788A JP H01206281 A JPH01206281 A JP H01206281A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- ultrasonic
- generation layer
- ultrasonic wave
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- Pending
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の分野〕
本発明は超音波を集束させる構造を有する超音波振動子
及びその製造方法に関するものである。
及びその製造方法に関するものである。
一般的に超音波振動子は、第４図に断面図を示すように
ＰＺＴ等の圧電素子１を円板状に形成しその両面に電極
Ｎ２，３を設けると共に、その上部に空気と整合させる
ために圧電素子より音響インピーダンスの低いシリコン
ゴム等の整合層４、下部には吸音材であるダンパー５等
を取付けて構成されている。このような超音波振動子は
電極層２．３間に超音波に相当する交流電圧を印加する
ことによって超音波を発生させることができるが、この
場合は矢印方向に超音波が広がっていくこととなる。
ＰＺＴ等の圧電素子１を円板状に形成しその両面に電極
Ｎ２，３を設けると共に、その上部に空気と整合させる
ために圧電素子より音響インピーダンスの低いシリコン
ゴム等の整合層４、下部には吸音材であるダンパー５等
を取付けて構成されている。このような超音波振動子は
電極層２．３間に超音波に相当する交流電圧を印加する
ことによって超音波を発生させることができるが、この
場合は矢印方向に超音波が広がっていくこととなる。
そこで１点に超音波を集束させるために、第５図に断面
図を示すように、圧電素子１及びその両面の電極層２．
３とその表面に設けられた整合層４とを湾曲させ、その
湾曲した面の中心部に超音波を集束させるようにした超
音波振動子が提案されている（株式会社情報調査会発行
センサ技術第５巻第２号、第９１〜９２頁）。
図を示すように、圧電素子１及びその両面の電極層２．
３とその表面に設けられた整合層４とを湾曲させ、その
湾曲した面の中心部に超音波を集束させるようにした超
音波振動子が提案されている（株式会社情報調査会発行
センサ技術第５巻第２号、第９１〜９２頁）。
しかしながら超音波を集束させるようにした従来の超音
波振動子は圧電素子や超音波整合層に曲面加工を施す必
要があるため、その加工が困難であり量産性に乏しいと
いう欠点があった。又圧電素子と音響整合層との接着面
を確実に接続することが難しく、振動によって離脱して
超音波が発生しなくなる恐れがあるという欠点があった
。
波振動子は圧電素子や超音波整合層に曲面加工を施す必
要があるため、その加工が困難であり量産性に乏しいと
いう欠点があった。又圧電素子と音響整合層との接着面
を確実に接続することが難しく、振動によって離脱して
超音波が発生しなくなる恐れがあるという欠点があった
。
本発明はこのような従来の超音波振動子の問題点に鑑み
てなされたものであって、圧電素子と音響整合層との離
脱の恐れがなく簡単な構造で超音波を集束させることが
できる超音波素子を提供すること、及び量産性に優れた
製造方法を提供することを技術的課題とする。
てなされたものであって、圧電素子と音響整合層との離
脱の恐れがなく簡単な構造で超音波を集束させることが
できる超音波素子を提供すること、及び量産性に優れた
製造方法を提供することを技術的課題とする。
〔発明の構成と効果〕
（課題を解決するための手段）
本願の請求項１の発明は超音波を集束させる構造を有す
る超音波振動子であって、円筒形の圧電素子と、円筒形
圧電素子の内周面及び外側面に夫々形成された電極と、
圧電素子より低く大気より高い音響インピーダンスを有
する材料から成り、圧電素子の内部に充電されその一面
に円弧状に湾曲する凹部が形成された超音波発生層と、
を具備することを特徴とするものである。
る超音波振動子であって、円筒形の圧電素子と、円筒形
圧電素子の内周面及び外側面に夫々形成された電極と、
圧電素子より低く大気より高い音響インピーダンスを有
する材料から成り、圧電素子の内部に充電されその一面
に円弧状に湾曲する凹部が形成された超音波発生層と、
を具備することを特徴とするものである。
本願の請求項２の発明は超音波を集束させる構造を有す
る超音波振動子の製造方法であって、圧電素子を円筒形
に形成し、圧電素子の内面及び外側面に夫々電極を形成
し、底面が円弧状の凹部を有する富みが形成された金型
の窪み内に圧電素子を装着すると共にその内部に圧電素
子より低く大気より高い音響インピーダンスを有する材
料を超音波発生層として充填し、該超音波発生層に円弧
状凹部を形成することを特徴とするものである。
る超音波振動子の製造方法であって、圧電素子を円筒形
に形成し、圧電素子の内面及び外側面に夫々電極を形成
し、底面が円弧状の凹部を有する富みが形成された金型
の窪み内に圧電素子を装着すると共にその内部に圧電素
子より低く大気より高い音響インピーダンスを有する材
料を超音波発生層として充填し、該超音波発生層に円弧
状凹部を形成することを特徴とするものである。
（作用）
このような特徴を有する本願発明によれば、圧電素子を
円筒形とし、その内周面及び外側面の電極間に交流電圧
を印加するようにしている。そして電極間に交流電圧を
印加すれば圧電素子が軸と垂直方向に収縮することとな
ってその内部に設けられた超音波発生層を軸方向に振動
させる。そして超音波発生層の前面が円弧状に湾曲して
いるため、発生した超音波がその円弧の焦点方向に集束
することとなる。
円筒形とし、その内周面及び外側面の電極間に交流電圧
を印加するようにしている。そして電極間に交流電圧を
印加すれば圧電素子が軸と垂直方向に収縮することとな
ってその内部に設けられた超音波発生層を軸方向に振動
させる。そして超音波発生層の前面が円弧状に湾曲して
いるため、発生した超音波がその円弧の焦点方向に集束
することとなる。
（発明の効果）
このように本発明によれば、圧電素子を円筒形としてそ
の内部の超音波発生層を振動させるようにしているため
、超音波発生層自体に圧電素子より音響インピーダンス
が低い物質を使用することによって圧電素子と空気との
整合をとるための整合層を設ける必要がなくなり、構造
が簡略化できるという効果が得られる。又円筒形の圧電
素子内に超音波発生層が入り込んでいるため、圧電素子
から音響整合層が離脱することがないという効果も得ら
れる。
の内部の超音波発生層を振動させるようにしているため
、超音波発生層自体に圧電素子より音響インピーダンス
が低い物質を使用することによって圧電素子と空気との
整合をとるための整合層を設ける必要がなくなり、構造
が簡略化できるという効果が得られる。又円筒形の圧電
素子内に超音波発生層が入り込んでいるため、圧電素子
から音響整合層が離脱することがないという効果も得ら
れる。
又円筒形の圧電素子の内周面と外側面に電極を取付けた
後、底面が湾曲した金型材料の窪み内に圧電素子を固定
して超音波発生層を形成する製造方法を採れば、曲面加
工を行うことなく極めて容易に超音波振動子を製造する
ことができ、量産性に優れた効果が得られる。
後、底面が湾曲した金型材料の窪み内に圧電素子を固定
して超音波発生層を形成する製造方法を採れば、曲面加
工を行うことなく極めて容易に超音波振動子を製造する
ことができ、量産性に優れた効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例による超音波振動子をケース
内に収納した状態を示す断面図、第２図はこの振動子の
斜視図、第３図（ａｌ〜（Ｃ１はその製造過程を示す図
である。本実施例ではまず超音波素子として第３図（ａ
ｌに示すように円筒形の圧電素子１１をあらかじめ形成
する。そしてその上下のリング状の面を除く内周面及び
外側面に第３図（ｂ）に示すように夫々電極１２．１３
を形成する。こうして構成された圧電素子１１の内部に
超音波発生層１４を形成する。超音波発生Ｊｉ１４は圧
電素子と空気とを整合させるため、音響インピーダンス
が低い材料、例えばシリコンゴム材料や樹脂内に気泡を
含むガラス粒子を多数混入させた材料を用いるものとし
、−面１４ａを第１図に示すように円弧状に湾曲させる
。第３図（Ｃ）はこのような円弧状の湾曲部１４ａの形
成過程を示すものであって、あらかじめ円筒形圧電素子
１１の外径に相当する径の窪み１５ａを有し、その底面
が円弧状の突出した曲面を有するように構成された金型
１５を用いる。そしてこの窪み１５ａ内に円筒形圧電素
子１１を挿入して固定し、その上部よりデイスペンサ１
６によって超音波発生層１４の材料を加熱した状態で注
入する。ここで金型１５の窪み１５ａの底面の曲率半径
は超音波振動子の発する超音波の焦点に対応する曲面を
形成してお（ものとする。
内に収納した状態を示す断面図、第２図はこの振動子の
斜視図、第３図（ａｌ〜（Ｃ１はその製造過程を示す図
である。本実施例ではまず超音波素子として第３図（ａ
ｌに示すように円筒形の圧電素子１１をあらかじめ形成
する。そしてその上下のリング状の面を除く内周面及び
外側面に第３図（ｂ）に示すように夫々電極１２．１３
を形成する。こうして構成された圧電素子１１の内部に
超音波発生層１４を形成する。超音波発生Ｊｉ１４は圧
電素子と空気とを整合させるため、音響インピーダンス
が低い材料、例えばシリコンゴム材料や樹脂内に気泡を
含むガラス粒子を多数混入させた材料を用いるものとし
、−面１４ａを第１図に示すように円弧状に湾曲させる
。第３図（Ｃ）はこのような円弧状の湾曲部１４ａの形
成過程を示すものであって、あらかじめ円筒形圧電素子
１１の外径に相当する径の窪み１５ａを有し、その底面
が円弧状の突出した曲面を有するように構成された金型
１５を用いる。そしてこの窪み１５ａ内に円筒形圧電素
子１１を挿入して固定し、その上部よりデイスペンサ１
６によって超音波発生層１４の材料を加熱した状態で注
入する。ここで金型１５の窪み１５ａの底面の曲率半径
は超音波振動子の発する超音波の焦点に対応する曲面を
形成してお（ものとする。
その後超音波発生層１４を硬化させて超音波振動子を形
成する。そして第１図に示すようにこの超音波振動子を
ケース１７内に固定する。ケース１７には図示のように
円筒形圧電素子１１の外周に環状の空隙１８を設けその
底部には振動を吸収する吸収減衰特性の良いダンパ１９
を埋設する。こうすれば曲面加工が極めて容易となり容
易に超音波振動子を製造することができ、量産性を向上
させることができる。
成する。そして第１図に示すようにこの超音波振動子を
ケース１７内に固定する。ケース１７には図示のように
円筒形圧電素子１１の外周に環状の空隙１８を設けその
底部には振動を吸収する吸収減衰特性の良いダンパ１９
を埋設する。こうすれば曲面加工が極めて容易となり容
易に超音波振動子を製造することができ、量産性を向上
させることができる。
こうして構成された超音波振動子は圧電素子の内外周の
電極に交流電圧を印加すると、第２図に示すように圧電
素子１１自体が軸と垂直方向に膨張及び収縮する。従っ
てその内部に充填されている超音波発生層１４はその軸
方向に収縮することとなって超音波が図示のように円弧
状曲面の焦点方向に集束することとなる。従って超音波
が１点で集束することとなり、例えば微小な物体の検出
用センサとして使用することができる。そして第１図に
示すように超音波素子の底部にダンパ１９を設ければ、
電極間に印加する交流電圧を停止させた後残響時間が少
なく短時間で残響を停止させることができる。従って断
続的に超音波素子を駆動して反射波を受信して物体の位
置を検出する超音波センサにおいては、至近距離の物体
検出が可能になるという効果が得られる。又第１図に示
すようにダンパ１９を用いることなく、超音波発生層１
４自体に吸収減衰特性の良い材料を用いるようにしても
よい。
電極に交流電圧を印加すると、第２図に示すように圧電
素子１１自体が軸と垂直方向に膨張及び収縮する。従っ
てその内部に充填されている超音波発生層１４はその軸
方向に収縮することとなって超音波が図示のように円弧
状曲面の焦点方向に集束することとなる。従って超音波
が１点で集束することとなり、例えば微小な物体の検出
用センサとして使用することができる。そして第１図に
示すように超音波素子の底部にダンパ１９を設ければ、
電極間に印加する交流電圧を停止させた後残響時間が少
なく短時間で残響を停止させることができる。従って断
続的に超音波素子を駆動して反射波を受信して物体の位
置を検出する超音波センサにおいては、至近距離の物体
検出が可能になるという効果が得られる。又第１図に示
すようにダンパ１９を用いることなく、超音波発生層１
４自体に吸収減衰特性の良い材料を用いるようにしても
よい。
第１図は本発明の一実施例による超音波振動子をケース
内に収納した状態を示す断面図、第２図はこの振動子本
体の斜視図、第３図（ａｌ〜第３図（Ｃ）は本実施例の
超音波振動子の製造過程を示す図、第４図は従来の超音
波振動子の一例を示す断面図、第５図は集束特性を有す
る従来の超音波振動子の一例を示す断面図である。 １１・−・−圧電素子 １２．ＩＬ−・・・−電極
１４−・・−・−超音波発生層 １５−・・−・−
金型 １５ａ−・−・−窪み １６−・−一−−−
デイスペンサ １７・・・・−・・ケース １９・
−・・−・−ダンパ 特許出願人 立石電機株式会社 代理人 弁理士 岡本官喜（他１名） 第１図 １４ａ １４ １１・−−−−−−・−反を木テ １２．１３−−−−−−− を柚 １４−−−−−−−−−−バ肯又ｊ！−生眉第２図 第３図 第４図 第５図 手 続 補 正 書 （自発）昭和６３
年 ９月 ７日 ■、事件の表示 昭和６３年特許願第３１５１７号 ２、発明の名称 超音波振動子及びその製造方法 ３．１＋ｉｉ正をする者 事件との関係 特許出願人 ４、代理人 住 所 ８５５０大阪府大阪市西区北堀江１丁目５番２
号四ツ橋新興産ビル ５、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の欄及
び図面 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲の記載を別紙の通り訂正
します。 （２）明細書第４頁第６行の「充電され」の記載を「充
填され」と訂正します。 （３）明細書第４頁第１２行の「凹部」の記載を「凸部
」と訂正します。 （４）明細書第６頁第１３行の「電極１２，１３を形成
する。」の記載を「電極１２．１３を形成し、分極を行
う。」と訂正します。 （５）明細書第８頁第４行の「収縮する」の記載を「収
縮及び膨張する」と訂正します。 （６）図面第２図を別紙の通り訂正します。 以上 特願昭６３−３１５１７号 特許請求の範囲 （１）円筒形の圧電素子と、 前記円筒形圧電素子の内周面及び外側面に夫々形成され
た電極と、 前記圧電素子より低く大気より高い音響インピーダンス
を有する材料から成り、前記圧電素子の内部にＵされそ
の一面に円弧状に湾曲する凹部が形成された超音波発生
層と、を具備することを特徴とする超音波振動子。 （２）圧電素子を円筒形に形成し、 前記圧電素子の内面及び外側面に夫々電極を形成し、 底面が円弧状の＋Ｓ皿を有する窪みが形成された金型の
窪み内に前記圧電素子を装着すると共にその内部に前記
圧電素子より低く大気より高い音響インピーダンスを有
する材料を超音波発生層として充填し、該超音波発生層
に円弧状凹部を形成することを特徴とする超音波振動子
の製造方法。
内に収納した状態を示す断面図、第２図はこの振動子本
体の斜視図、第３図（ａｌ〜第３図（Ｃ）は本実施例の
超音波振動子の製造過程を示す図、第４図は従来の超音
波振動子の一例を示す断面図、第５図は集束特性を有す
る従来の超音波振動子の一例を示す断面図である。 １１・−・−圧電素子 １２．ＩＬ−・・・−電極
１４−・・−・−超音波発生層 １５−・・−・−
金型 １５ａ−・−・−窪み １６−・−一−−−
デイスペンサ １７・・・・−・・ケース １９・
−・・−・−ダンパ 特許出願人 立石電機株式会社 代理人 弁理士 岡本官喜（他１名） 第１図 １４ａ １４ １１・−−−−−−・−反を木テ １２．１３−−−−−−− を柚 １４−−−−−−−−−−バ肯又ｊ！−生眉第２図 第３図 第４図 第５図 手 続 補 正 書 （自発）昭和６３
年 ９月 ７日 ■、事件の表示 昭和６３年特許願第３１５１７号 ２、発明の名称 超音波振動子及びその製造方法 ３．１＋ｉｉ正をする者 事件との関係 特許出願人 ４、代理人 住 所 ８５５０大阪府大阪市西区北堀江１丁目５番２
号四ツ橋新興産ビル ５、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の欄及
び図面 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲の記載を別紙の通り訂正
します。 （２）明細書第４頁第６行の「充電され」の記載を「充
填され」と訂正します。 （３）明細書第４頁第１２行の「凹部」の記載を「凸部
」と訂正します。 （４）明細書第６頁第１３行の「電極１２，１３を形成
する。」の記載を「電極１２．１３を形成し、分極を行
う。」と訂正します。 （５）明細書第８頁第４行の「収縮する」の記載を「収
縮及び膨張する」と訂正します。 （６）図面第２図を別紙の通り訂正します。 以上 特願昭６３−３１５１７号 特許請求の範囲 （１）円筒形の圧電素子と、 前記円筒形圧電素子の内周面及び外側面に夫々形成され
た電極と、 前記圧電素子より低く大気より高い音響インピーダンス
を有する材料から成り、前記圧電素子の内部にＵされそ
の一面に円弧状に湾曲する凹部が形成された超音波発生
層と、を具備することを特徴とする超音波振動子。 （２）圧電素子を円筒形に形成し、 前記圧電素子の内面及び外側面に夫々電極を形成し、 底面が円弧状の＋Ｓ皿を有する窪みが形成された金型の
窪み内に前記圧電素子を装着すると共にその内部に前記
圧電素子より低く大気より高い音響インピーダンスを有
する材料を超音波発生層として充填し、該超音波発生層
に円弧状凹部を形成することを特徴とする超音波振動子
の製造方法。
Claims (2)
- （１）円筒形の圧電素子と、 前記円筒形圧電素子の内周面及び外側面に夫々形成され
た電極と、 前記圧電素子より低く大気より高い音響インピーダンス
を有する材料から成り、前記圧電素子の内部に充電され
その一面に円弧状に湾曲する凹部が形成された超音波発
生層と、を具備することを特徴とする超音波振動子。 - （２）圧電素子を円筒形に形成し、 前記圧電素子の内面及び外側面に夫々電極を形成し、 底面が円弧状の凹部を有する窪みが形成された金型の窪
み内に前記圧電素子を装着すると共にその内部に前記圧
電素子より低く大気より高い音響インピーダンスを有す
る材料を超音波発生層として充填し、該超音波発生層に
円弧状凹部を形成することを特徴とする超音波振動子の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3151788A JPH01206281A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 超音波振動子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3151788A JPH01206281A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 超音波振動子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01206281A true JPH01206281A (ja) | 1989-08-18 |
Family
ID=12333393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3151788A Pending JPH01206281A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 超音波振動子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01206281A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108613644A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-10-02 | 华东理工大学 | 一种极端环境下壁厚减薄测量的超声探头 |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP3151788A patent/JPH01206281A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108613644A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-10-02 | 华东理工大学 | 一种极端环境下壁厚减薄测量的超声探头 |
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