JPH03154500A - 超音波層状変換器 - Google Patents

超音波層状変換器

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JPH03154500A
JPH03154500A JP2295174A JP29517490A JPH03154500A JP H03154500 A JPH03154500 A JP H03154500A JP 2295174 A JP2295174 A JP 2295174A JP 29517490 A JP29517490 A JP 29517490A JP H03154500 A JPH03154500 A JP H03154500A
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ultrasonic
layered transducer
ultrasonic layered
transducer
damping
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ルードルフ、トウルン
Hans-Joachim Burger
ハンスヨアヒム、ブルガー
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods 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
    • G10K11/002Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、非点収差のある音響ローブを有する超音波
層状変換器とその製造方法とに関する。
[従来の技術] 少なくとも一つの方形の圧電セラミック板を有し、この
板の両面は層により覆われ、超音波層状変換器の長手側
面が音出射面として働き、超音波層状変換器が圧電セラ
ミック板の第4次の平面振動モードで駆動されるように
した、前記の種類の超音波層状変換器は出射幅の広い近
接センナとして使用するために知られている。圧電セラ
ミック板の第4次子面摂動モードでの作動により確かに
音出射及び受信の高い効率が達成されるが、しかしこの
モードは音出射面の長手側面端部に逆相振rJhr&分
を生じるという欠点を伴なう、それにより所望の幅の狭
い! 1Fローブに対する強い副ローブが、圧電セラミ
ック板の方向に対し平行な平面上に発生する。このこと
は主検出領域の外部に存在する妨害反射体による誤信号
を招くおそれがある。
[発明が解決しようとする課題] この発明の課題は、前記欠点を防止し、出射幅の広い近
接センサのための産業上での使用に役立つ超音波層状変
換器を提供することにある。
〔課題を解決するための手段] この課題は前記の種類の超音波層状変換器においてこの
発明に基づき、減衰部品が超音波層状変換器の長手側面
両端に取り付けられることにより解決される。減衰部品
が超音波層状変換器の端部を囲むU字形減衰ブロックと
して構成されているのが有利であることが判明している
。減衰ブロックが圧電セラミック板を収容する少なくと
も一つの溝を有するならば、製造方法が簡単化される。
減衰部品のための材料として充填剤を含み弾性のある重
合体が用いられるならば、良好な機械的減衰が保証され
る。充填剤を含む重合体が1.5〜4.5H/cno3
の密度を有するならば、これは振動特性にとって有利な
組成である。普通では圧電セラミック板の両面の層はポ
リエチレンから成り、ポリエチレンはその機械的材料パ
ラメータの強い温度応答性のために、温度変化の際に強
い周波数ドリフトを結果として招く。良好な音響特性を
保ちながら周波数の温度応答性を改善するために、層の
ための材料として中空ガラス球を充填されたエポキシ樹
脂が用いられるのが有利である。
音出射の方向特性及び/又は効率における有利な影響は
、音を出射する変換器前面に整合層が設けられるときに
達成することができる。整合層の材料として中空ガラス
球を充填されたエポキシ樹脂が用いられるならば5整合
層を容易に製作することができる。所望の音響ローブ形
状は整合層の形状に関係するので、整合層の種々の形状
が用いられるのが有利である。変換器効率は整合層の種
々の厚さが用いられるときに改善することができる。な
ぜならばこれにより変換器効率に対する最適化が可能で
あるからである。
個々の部品の接着による変換器の製造の場合に望ましく
は混合形接着剤を用いることができる。
しかしながらこの製造方法は膨大かつ正確な手作業を必
要とし、このことは製造工程を困難かつ高価にする。こ
れを避【するために、減衰部品が鋳型を用いて注型され
るような、前記構成の超音波層状変換器の製造方法がV
)利に用いられる。更に圧電セラミック板が、中空ガラ
ス球を充填された液状のエポキシ樹脂により鋳型中空空
間を充填した後に、減衰部品として構成された重量付加
ブロックの溝の中へ押し込まれ、続いて超音波層状変換
器が硬化されることが合目的であることが判明している
[実施例] 次に超音波層状変換器の一従来例とこの発明に基づく一
実施例とを示す図面により、この発明の詳細な説明する
第2図は公知の構造の超音波層状変換器lを示し、この
変換器はここでは二つの圧電セラミック板2を有し、そ
れらの両面にはポリエチレンから成る層3が被覆されて
いる。音響ローブの非点収差を有する方向特性は、前出
射面として超音波層状変換器lの長手側面4を用いるこ
とにより達成される。その際この方形面の長さ対幅の比
は、狭い音響ローブ対広い音響ローブのビーム開き角の
比に比例する。超音波層状変換器1は圧電セラミック板
2の第4次子面振動モードで共振的に駆動され、それに
より音出射及び受信の高い効率が達成される。しかしな
がらこのモードでは前出射面の長手側面端部に、欠点で
あると判明している逆相振動成分が生じる。このことは
圧電セラミック板2の方向に平行な平面上の狭い音響ロ
ーブ中に強い副ローブをもたらし、それにより主検出領
域の外部に存在する望ましくない妨害反射体が誤信号を
結果として招くおそれがある。変換器lの前出射面の長
手側面端部に減衰ブロックを取り付けることにより逆相
振動成分が減衰されるので、実際上副ローブはもはや発
生しない1層のための材料としてポリエチレンを用いる
ことは、ポリエチレンの機械的材料パラメータが強い温
度応答性を有するので、温度変化の際に強い周波数ドリ
フトを伴なう、これを補正するために近接センサに使用
する場合には、高価な周波数補正電子回路が必要となる
第1図は、第2図に示す構造な出発点として、長手側面
端部に減衰ブロック5を有する超音波層状変換器を示す
、減衰ブロック5はU字形に構成され、端部を越えて突
出する圧電セラミック板2を収容する各−つの溝9を有
する。減衰ブロック5のために減衰性の強く弾性のある
重合体を用いるのが有利であり、この重合体は適当な充
填剤により1.5〜4.5g/cm3の密度にされる。
減衰ブロック5は相応の型の中での注型又は射出成形に
より取り付けられるか、又は帯材の切断研磨により製造
される。変換器端部をU字形に囲む減衰ブロック5によ
り、超音波層状変換器の狭い音響ローブ中の良好な副ロ
ーブ減衰がもたらされる。
結合材料として働く暦3はこの実施例では中空ガラス球
を充填されたエポキシ樹脂から作られ、それにより良好
な音響特性を保ちながら周波数の温度応答性が改善され
る(−25’Cから70°Cまでの間で±10kH2な
いし±2kHz)、中空ガラス球を含むこの種のエポキ
シ樹脂は「シンタクチックフオーム」の名称で知られて
いる。第1図に示す超音波層状変換器は音を出射する変
換器前面上に図示のように整合層8を有する。整合層も
シンタクチックフオームから作られるのが有利であり、
シンタクチックフオームは加工性がよく従って容易に所
望の音響ローブ形状に適合する形状に成形することがで
きる。この形状は例えば平らか又は丸められているか又
は面取りされているか又は屋根形とすることができる。
更に効率は整合層8の厚さの最適化により改善すること
ができる。
第1図に示す超音波層状変換器1は前記の個々の部品か
ら接着により、望ましくは混合層接着剤を用いて製造す
ることができる。しかしながらこの製造方法は厄介かつ
正確な手作業を必要とし従ってかなり費用がかかる。製
造工程は前記装置を注型により作ることにより著しく簡
単にすることができる。その際例えば減衰ブロック5が
鋳型の中に入れられ、この鋳型の自由空間が後の変換器
の外形に相応する0重量付加ブロックは圧電セラミック
板2の収容かつ案内のための溝9を有し、まだ液状のシ
ンタクチックフオームにより鋳型の中空空間を充填した
後に圧電セラミック板が押し込まれる。硬化により製造
工程がほぼ終了し、超音波層状変換器1を鋳型から取り
外すことができる。
二、三の用途に対しては比較的多数の圧電セミツク板2
を備える超音波層状変換器1が必要となる。その際これ
らの圧電セラミック板は、シンタクチックフオームから
成るそれぞれの層3が間に挟まれるように横に並べられ
る。減衰ブロック5の中には圧電セラミック板2の数に
相応する複数の溝9を圧電セラミック板の収容のために
設けるべきである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に基づく超音波層状変換器の一実施例
の斜視図、第2図は超音波層状変換器の従来例の斜視図
である。 l・・・超音波層状変換器 2・・・圧電セラミック板 3・・・暦 4・・・長手側面 5・・・減衰部品 8・・・整合層 9・・・溝

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)少なくとも一つの方形の圧電セラミック板(2)を
    有し、この板の両面は層(3)により覆われ、超音波層
    状変換器(1)の長手側面(4)が音出射面として働き
    、超音波層状変換器(1)が圧電セラミック板(2)の
    第4次の平面振動モードで駆動されるようにした非点収
    差のある音響ローブを有する超音波層状変換器(1)に
    おいて、減衰部品(5)が超音波層状変換器(1)の長
    手側面(4)の両端に取り付けられていることを特徴と
    する超音波層状変換器。 2)減衰部品が超音波層状変換器(1)の端部を囲むU
    字形減衰ブロック(5)として構成されていることを特
    徴とする請求項1記載の超音波層状変換器。 3)減衰ブロック(5)が圧電セラミック板(2)を収
    容する少なくとも一つの溝(9)を有することを特徴と
    する請求項2記載の超音波層状変換器。 4)減衰部品(5)のための材料として充填剤を含み弾
    性のある重合体が用いられることを特徴とする請求項1
    ないし3の一つに記載の超音波層状変換器。 5)充填剤を含む重合体が1.5〜4.5 g/cm^3の密度を有することを特徴とする請求項4
    記載の超音波層状変換器。 6)層(3)のための材料として中空ガラス球を充填さ
    れたエポキシ樹脂が用いられることを特徴とする請求項
    1ないし5の一つに記載の超音波層状変換器。 7)音を出射する変換器前面に整合層(8)が設けられ
    ることを特徴とする請求項1ないし6の一つに記載の超
    音波層状変換器。 8)整合層(8)の材料として中空ガラス球を充填され
    たエポキシ樹脂が用いられることを特徴とする請求項7
    記載の超音波層状変換 器。 9)整合層(8)が種々の形状を有することを特徴とす
    る請求項7又は8記載の超音波層状変換器。 10)整合層(8)が種々の厚さを有することを特徴と
    する請求項7ないし9の一つに記載の超音波層状変換器
    。 11)減衰部品(5)が鋳型を用いて注型されることを
    特徴とする請求項1ないし10の一つに記載の超音波層
    状変換器の製造方法。 12)圧電セラミック板(2)が、中空ガラス球を充填
    された液状のエポキシ樹脂により鋳型中空空間を充填し
    た後に、減衰部品として構成された重量付加ブロック(
    5)の溝(9)の中へ押し込まれ、続いて超音波層状変
    換器(1)が硬化されることを特徴とする請求項10記
    載の方法。
JP2295174A 1989-10-30 1990-10-30 超音波層状変換器 Expired - Fee Related JP2868607B2 (ja)

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EP89120138.6 1989-10-30

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EP0425716A1 (de) 1991-05-08
DE58906785D1 (de) 1994-03-03
US5144186A (en) 1992-09-01
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EP0425716B1 (de) 1994-01-19

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