JPH0564293A - 音響トランスデユーサ - Google Patents
音響トランスデユーサInfo
- Publication number
- JPH0564293A JPH0564293A JP24407891A JP24407891A JPH0564293A JP H0564293 A JPH0564293 A JP H0564293A JP 24407891 A JP24407891 A JP 24407891A JP 24407891 A JP24407891 A JP 24407891A JP H0564293 A JPH0564293 A JP H0564293A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- plate
- phase shift
- acoustic transducer
- piezoelectric vibrator
- 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.)
- Pending
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧電振動体の断面積を大きくしても広い指向
幅を得ることができる音響トランスデューサを提供する
ものである。 【構成】 圧電セミックス円柱１ａに圧電セラミックス
円柱１ｂを介して電極、２ａ，２ｂが設けられている圧
電振動子、３ａの電極２ａの側に第１の層である移相
板、４が接合され、第２の層である遅延板、５が移相板
４に接合され、移相板、４と遅延板、５の接合面は、球
面状になっている。圧電振動子３ａの電極２ｂの側には
バッキング６ａが接合され、圧電振動子３とバッキング
６ａの外周面上に遮音板７ａを接合し、電極２ａ，２ｂ
にはそれぞれリード線８ａ，８ｂが設けられ、圧電振動
子３と移相板４と遅延板５とバッキング６と遮音板７ａ
の表面は外部媒体の水から電気的に絶縁するためにモー
ルド樹脂９ａでモールドされて構成されている。
幅を得ることができる音響トランスデューサを提供する
ものである。 【構成】 圧電セミックス円柱１ａに圧電セラミックス
円柱１ｂを介して電極、２ａ，２ｂが設けられている圧
電振動子、３ａの電極２ａの側に第１の層である移相
板、４が接合され、第２の層である遅延板、５が移相板
４に接合され、移相板、４と遅延板、５の接合面は、球
面状になっている。圧電振動子３ａの電極２ｂの側には
バッキング６ａが接合され、圧電振動子３とバッキング
６ａの外周面上に遮音板７ａを接合し、電極２ａ，２ｂ
にはそれぞれリード線８ａ，８ｂが設けられ、圧電振動
子３と移相板４と遅延板５とバッキング６と遮音板７ａ
の表面は外部媒体の水から電気的に絶縁するためにモー
ルド樹脂９ａでモールドされて構成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセンサに使用される高周
波用音響トランスデューサ（以下、トランスデューサと
略称する。）に関するものである。
波用音響トランスデューサ（以下、トランスデューサと
略称する。）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種のトランスデューサは高周波
数で送波するために、図４に示すように、圧電セラミッ
クス円柱１ｂを介して電極、２ｃ，２ｄが設けられてい
る。圧電振動子、３ｂを長さ方向に共振振動させ、圧電
セラミックス円柱１ｂの外周面上にコルク等の遮音材か
ら成る遮音板７ｂを接合し、圧電セラミックス円柱１ｂ
の端面の一方にバッキング６ｂを接合して遮音し、効率
の良い電気音響変換を行なっていた。
数で送波するために、図４に示すように、圧電セラミッ
クス円柱１ｂを介して電極、２ｃ，２ｄが設けられてい
る。圧電振動子、３ｂを長さ方向に共振振動させ、圧電
セラミックス円柱１ｂの外周面上にコルク等の遮音材か
ら成る遮音板７ｂを接合し、圧電セラミックス円柱１ｂ
の端面の一方にバッキング６ｂを接合して遮音し、効率
の良い電気音響変換を行なっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
音響トランスデュ−サ−においては、音波の有効放射立
体角、すなわち指向幅は圧電振動子の直径に反比例して
狭くなり、又、周波数に反比例して狭くなる傾向があ
り、一定の指向幅を得ながら周波数を高くしようとする
圧電振動子の直径を反比例して小さくしなければならな
かった。このことは該圧電振動子の厚み方向の共振周波
数を効率良く使用する場合、該圧電振動子の厚みを周波
数に反比例して薄くしなければならず、前述の直径の減
少と合わせると圧電セラミックの体積は周波数の３乗に
反比例して減少させ、結果として高周波化すると変換パ
ワー即ち出力音圧の大幅な低下を招くという問題があっ
た。本発明の課題は、前記圧電振動体の断面積を大きく
しても広い指向幅を得ることができる音響トランスデュ
ーサを提供するものである。
音響トランスデュ−サ−においては、音波の有効放射立
体角、すなわち指向幅は圧電振動子の直径に反比例して
狭くなり、又、周波数に反比例して狭くなる傾向があ
り、一定の指向幅を得ながら周波数を高くしようとする
圧電振動子の直径を反比例して小さくしなければならな
かった。このことは該圧電振動子の厚み方向の共振周波
数を効率良く使用する場合、該圧電振動子の厚みを周波
数に反比例して薄くしなければならず、前述の直径の減
少と合わせると圧電セラミックの体積は周波数の３乗に
反比例して減少させ、結果として高周波化すると変換パ
ワー即ち出力音圧の大幅な低下を招くという問題があっ
た。本発明の課題は、前記圧電振動体の断面積を大きく
しても広い指向幅を得ることができる音響トランスデュ
ーサを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、相対向
する第１の面および第２の面を有する圧電セラミックス
体と、前記第１，第２の面にそれぞれ接合されている第
１、第２の電極を有する音響トランスデューサにおい
て、前記第１の電極の面との接合面が平面で、その他の
表面が非平面で形成されている第１の層と、前記第１の
層の非平面との接合面が非平面である第２の層とを有
し、前記第２の層を通過する音速が前記第１の層を通過
する音速よりも遅く、前記第１の層の厚みが前記第１の
層の内部を伝搬する振動波の波長の３／８以下であり、
かつ、前記第２の層の厚みが前記第２の層の内部を伝搬
する振動波の波長の３／８以下であることを特徴とする
音響トランスデューサが得られる。前記音響トランスデ
ューサにおいて、前記第１の層と第２の層との接合面が
球面で、その他の表面が平面で形成されている第２の層
を有している音響トランスデューサが得られる。
する第１の面および第２の面を有する圧電セラミックス
体と、前記第１，第２の面にそれぞれ接合されている第
１、第２の電極を有する音響トランスデューサにおい
て、前記第１の電極の面との接合面が平面で、その他の
表面が非平面で形成されている第１の層と、前記第１の
層の非平面との接合面が非平面である第２の層とを有
し、前記第２の層を通過する音速が前記第１の層を通過
する音速よりも遅く、前記第１の層の厚みが前記第１の
層の内部を伝搬する振動波の波長の３／８以下であり、
かつ、前記第２の層の厚みが前記第２の層の内部を伝搬
する振動波の波長の３／８以下であることを特徴とする
音響トランスデューサが得られる。前記音響トランスデ
ューサにおいて、前記第１の層と第２の層との接合面が
球面で、その他の表面が平面で形成されている第２の層
を有している音響トランスデューサが得られる。
【０００５】
【実施例】以下、図１、図２を参照して本願発明の実施
例を説明する。図１において、圧電セミックス円柱１ａ
に圧電セラミックス円柱１ａを介して電極２ａ，２ｂが
設けられている圧電振動子３ａにおける電極２ａの側に
第１の層である移相板４が接合され、第２の層である遅
延板５が移相板４の端面の一方に接合され、移相板４と
遅延板５の接合面は、球面状になっている。圧電振動子
３ａにおける電極２ｂの側にはバッキング６ａが接合さ
れ、圧電振動子３とバッキング６ａの外周面上に遮音板
７ａが接合され、不要な方向への放射音を遮断してい
る。電極２ａ，２ｂにはそれぞれリード線８ａ，８ｂが
設けられ、リード線８ａ，８ｂは、電気信号を入力する
ための端子となっている。このように構成された圧電振
動子３と移相板４と遅延板５とバッキング６と遮音板７
ａの表面は、外部媒体の水から電気的に絶縁するために
モールド樹脂９ａで覆われている。
例を説明する。図１において、圧電セミックス円柱１ａ
に圧電セラミックス円柱１ａを介して電極２ａ，２ｂが
設けられている圧電振動子３ａにおける電極２ａの側に
第１の層である移相板４が接合され、第２の層である遅
延板５が移相板４の端面の一方に接合され、移相板４と
遅延板５の接合面は、球面状になっている。圧電振動子
３ａにおける電極２ｂの側にはバッキング６ａが接合さ
れ、圧電振動子３とバッキング６ａの外周面上に遮音板
７ａが接合され、不要な方向への放射音を遮断してい
る。電極２ａ，２ｂにはそれぞれリード線８ａ，８ｂが
設けられ、リード線８ａ，８ｂは、電気信号を入力する
ための端子となっている。このように構成された圧電振
動子３と移相板４と遅延板５とバッキング６と遮音板７
ａの表面は、外部媒体の水から電気的に絶縁するために
モールド樹脂９ａで覆われている。
【０００６】図２は本願発明による実施例の動作を示す
図である。図２（ａ）のリード線８ａ，８ｂに圧電振動
子３ａにおける厚み共振周波数と同一周波数の電気信号
を加えると、圧電振動子３の長さ方向に等分する位置に
おける平面を節とし、電極２ａの面と電極２ｂの面で互
いに逆方向に１次振動が生じ、その速度分布は図２
（ｂ）に示すように半波長の分布を呈する。移相板４は
圧電振動子３ａとの接合面から均等な分布の駆動を受
け、その振動は材質で定まる音速度で移相板内を伝搬
し、その伝搬時間は図２（ｃ）に示すように１次振動波
は、移相板４を通過するのに伝搬路の長い中心点Ｃ／Ｌ
では外周面上、即ちｒ＝ａの位置における伝搬時間より
長くかかる。更にこの振動は遅延板５に伝えられ、前記
遅延板の材質によって定まる音速度で伝搬するが、移相
板より音速が小さいために図２（ｃ）のグラフに示すよ
うに傾きが小さくなり、移相板４と遅延板５の接合面か
ら遅延板５の外周面上に渡る時間差分布を大きくする。
この時間差分布が、水中音波の放射面、即ち、遅延板５
の外面の移相差分布となり、この移相差分布が放射面の
鉛直方向、即ち音響中心軸方向の音波の集中度を緩和す
る結果、図３（ａ）に示すような広い指向幅の特性を与
えることができる。
図である。図２（ａ）のリード線８ａ，８ｂに圧電振動
子３ａにおける厚み共振周波数と同一周波数の電気信号
を加えると、圧電振動子３の長さ方向に等分する位置に
おける平面を節とし、電極２ａの面と電極２ｂの面で互
いに逆方向に１次振動が生じ、その速度分布は図２
（ｂ）に示すように半波長の分布を呈する。移相板４は
圧電振動子３ａとの接合面から均等な分布の駆動を受
け、その振動は材質で定まる音速度で移相板内を伝搬
し、その伝搬時間は図２（ｃ）に示すように１次振動波
は、移相板４を通過するのに伝搬路の長い中心点Ｃ／Ｌ
では外周面上、即ちｒ＝ａの位置における伝搬時間より
長くかかる。更にこの振動は遅延板５に伝えられ、前記
遅延板の材質によって定まる音速度で伝搬するが、移相
板より音速が小さいために図２（ｃ）のグラフに示すよ
うに傾きが小さくなり、移相板４と遅延板５の接合面か
ら遅延板５の外周面上に渡る時間差分布を大きくする。
この時間差分布が、水中音波の放射面、即ち、遅延板５
の外面の移相差分布となり、この移相差分布が放射面の
鉛直方向、即ち音響中心軸方向の音波の集中度を緩和す
る結果、図３（ａ）に示すような広い指向幅の特性を与
えることができる。
【０００７】位相差分布がない場合は音響中心軸方向に
音波が集中し、図３（ｂ）のような狭い指向幅の特性と
なる。広い指向幅特性を与える位相差分布も１８０度以
上になると逆相領域が生じ、指向性のパターンに歪を生
じたり、音響中心軸方向にくぼみを生じたりするので、
分布の範囲は１８０度以下、即ち水中音波の波長の１／
２以下となる。この条件を満たすためには移相板と遅延
板の長さ方向の厚みの比率にもよるが、最低限いずれか
一方が材質内での波長の約３／８以下とする必要があ
る。
音波が集中し、図３（ｂ）のような狭い指向幅の特性と
なる。広い指向幅特性を与える位相差分布も１８０度以
上になると逆相領域が生じ、指向性のパターンに歪を生
じたり、音響中心軸方向にくぼみを生じたりするので、
分布の範囲は１８０度以下、即ち水中音波の波長の１／
２以下となる。この条件を満たすためには移相板と遅延
板の長さ方向の厚みの比率にもよるが、最低限いずれか
一方が材質内での波長の約３／８以下とする必要があ
る。
【０００８】なお、第１の層と第２の層との接合非平面
の形状は選択に自由度があり、音響中心軸を放射面の鉛
直方向から傾けたり、指向幅を逆に狭くしたりするよう
なその目的に対応して選ぶことができる（図示せず）。
の形状は選択に自由度があり、音響中心軸を放射面の鉛
直方向から傾けたり、指向幅を逆に狭くしたりするよう
なその目的に対応して選ぶことができる（図示せず）。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたごとく本発明によれば、断面
積の大きい圧電振動子を用いても広い指向幅特性を得る
ことができる。
積の大きい圧電振動子を用いても広い指向幅特性を得る
ことができる。
【図１】本発明による音響トランスデューサの部分断面
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】本発明による音響トランスデューサの動作を示
す図である。
す図である。
【図３】従来の音響トランスデューサの指向幅の特性を
示す図である。
示す図である。
【図４】従来の音響トランスデューサの部分断面を示す
斜視図である。
斜視図である。
１ａ，１ｂ 圧電セラミックス円柱 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 電極 ３ａ，３ｂ 圧電振動子 ４ 移相板 ５ 遅延板 ６ａ，６ｂ バッキング ７ａ，７ｂ 遮音板 ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ リード線 ９ａ，９ｂ モールド樹脂
Claims (2)
- 【請求項１】 相対向する第１の面および第２の面を有
する圧電セラミックス体と、前記第１，第２の面にそれ
ぞれ接合されている第１、第２の電極を有する音響トラ
ンスデューサにおいて、前記第１の電極の面との接合面
が平面で、その他の表面が非平面で形成されている第１
の層と、前記第１の層の非平面との接合面が非平面であ
る第２の層とを有し、前記第２の層を通過する音速が前
記第１の層を通過する音速よりも遅く、前記第１の層の
厚みが前記第１の層の内部を伝搬する振動波の波長の３
／８以下であり、かつ、前記第２の層の厚みが前記第２
の層の内部を伝搬する振動波の波長の３／８以下である
ことを特徴とする音響トランスデューサ。 - 【請求項２】 請求項１の音響トランスデューサにおい
て、前記第１の層と第２の層との接合面が球面で、その
他の表面が平面で形成されている第２の層を有している
音響トランスデューサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24407891A JPH0564293A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 音響トランスデユーサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24407891A JPH0564293A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 音響トランスデユーサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0564293A true JPH0564293A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=17113412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24407891A Pending JPH0564293A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 音響トランスデユーサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0564293A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08168097A (ja) * | 1994-12-14 | 1996-06-25 | Sekisui Chem Co Ltd | 超音波トランスデューサ |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP24407891A patent/JPH0564293A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08168097A (ja) * | 1994-12-14 | 1996-06-25 | Sekisui Chem Co Ltd | 超音波トランスデューサ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000209 |