JPH06511131A - 音波又は超音波変換器 - Google Patents

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】 音波又は超音波変換器 ［技術分野） 本発明は、励起されて半径方向振動を生ゼしぬる円ディスクを取り囲む金属リン グとを有する、音波又は超音波変換器に関する。

［背景技術１ 励起されて半径方向振動を生せしめるピエゾセラミンクディスクを存する音波又 は超音波変換器においては、作動周波数は通常、ピエゾセラミックディスクの寸 法によって規定されたピエゾセラミックディスクの半径方向共振周波数である。

ピエゾセラミックディスクの直径は、発生する放射音波の開放角の基準となる音 波放射面の大きさをも規定する。冒頭に述べた形式の公知の超音波変換器（西ド イツ国特許第２−５４１４９２号明細書）においては、所定寸法のピエゾセラミ ックディスクの場合に開放角を減少させるために、ピエゾセラミックディスクの 一方の端面に調整層として用いられる発泡材から成るプレートが接着されていて 、このプレートはピエゾセラミックディスクよりも著しく大きな面寸法を有して いる。発泡材から成るプレートの突出範囲はピエゾセラミックディスクを取り囲 む、加重リングとして用いられる金属リングに結合されていて、これによって、 加重リングとピエゾセラミックディスクとの間の制限面は超音波変換器の作動時 にほぼ定置である断面を成す。これによって、調整層の自由端面はその大きさ全 体に亘ってほぼ同位相で振動する。金属リングが加重リングの前記作用を生ぜし めるようにするためには、金属リングはピエゾセラミックディスクに接触しては ならない。上記公知の超音波変換器においては音波放射面はピエゾセラミックデ ィスクの面積に比して拡大されるけれども、作動周波数はピエゾセラミックディ スクの直径によって規定される。

作動周波数は大きなピエゾセラミックディスクを使用することによって減少され るに過ぎない。

［発明の開示１ 本発明の課題は、所定寸法のピエゾセラミックディスクにおいて作動周波数がピ エゾセラミックディスクの半径方向共振周波数に比して減少されるように、冒頭 に述べた形式の音波又は超音波変換器を改良することにある。

前記課題は本発明によれば、金属リングがピエゾセラミックディスクと共に半径 方向振動体を成すように、金属リングがピエゾセラミックディスクの局面を形状 接続式及び摩擦接続式に取り囲んでいることによって、解決された。

本発明の音波又は超音波変換器においては、半径方向振動を生ぜしめるために金 属リングがピエゾセラミックディスクに不動に連結されるので、これら画構成部 材は半径方向振動で共通に振動する質量・ばねエレメントを成す。このように形 成された半径方向振動体の全面は放射面として作用し、この放射面はほぼガウス の振幅分布で完全に同位相で振動するので、障害側ローブなしの放射音波の小さ な開放角が得られる。しかしながら、前記半径方向振動体の半径方向共振周波数 はピエゾセラミックディスクの半径方向共振周波数よりも低い。つまり、半径方 向共振周波数は金属リングの寸法に関連している。従って、金属リングを適当に 設計することによって同じピエゾセラミックディスクを使用して異なる作動周波 数を有する音波又は超音波変換器を製作することができる。

有利には金属リングは焼き嵌めによってピエゾセラミックディスクに結合されて いる。

通常、ピエゾセラミックディスク及び金属リングによって形成された半径方向振 動体の一方の端面には調整層が設けられる。

［図面の簡単な説明） 第１図は、本発明による音波又は超音波変換器の断面図、第２図は、第１図の音 波又は超音波変換器の放射面に亘る振幅分布のダイヤグラム、第３図は、第１図 の音波又は超音波変換器のピエゾセラミックディスクの周波数特性曲線を示す図 、第４図は、第１図の音波又は超音波変換器全体の周波数特性曲線を示す図であ る。

［発明を実施するための最良の形態］ 第１図で図示の音波又は超音波変換器は円形のピエゾセラミックディスク１０を 有していて、このピエゾセラミックディスク１０の両端面には金属電極１２゜１ ４が設けられている。更にピエゾセラミックディスク１０は金属リング１６によ って取り囲まれていて、この金属リング１６はピエゾセラミックディスク１０の 局面に摩擦接続式又は形状接続式に結合されている。

金属リング１６はピエゾセラミックディスクｌＯに例えば焼き嵌めによって結合 でき、即ち、金属リング１６は加熱状態でピエゾセラミックディスク１０の周り に設置されかつ冷却状態でピエゾセラミックディスクｌＯを不動に取り囲む。金 属リング１６は例えばアルミニウムから形成される。

金属電極１２．１４に交番電圧がかけられた場合には、ピエゾセラミックディス ク１０は励起されて半径方向振動を生せしめる。金属リング１６との密な連結に 基づき半径方向振動は金属リング１６に伝達され、従って、構造体全体は単一の 半径方向振動体のように挙動する。厚さが発生する音波又は超音波の四分の一波 長に相応する、ピエゾセラミックディスク１０及び金属リング１６の一方の端面 に設けられた調整層１８によって、発生する音波又は超音波はほぼこの端面側で のみ放射されるようになる。

第２図では、ピエゾセラミックディスク１０及び金属リング１６から成る半径方 向振動体の全面に亘る振動の振幅分布を図示している。振幅分布は所望のガウス 分布に著しく相応している。振動は全面に亘って同位相であるので、障害側ロー ブなしのビーム特性ダイヤグラムが得られ、このビーム特性ダイヤグラムの開放 角は半径方向振動体の全面によって規定される。

第３図では、ピエゾセラミックディスク１ｏの周波数特性曲線が図示されていて 、この場合、半径方向共振周波数は記号ｆＲで示されている。第４図では同じ縮 尺で、ピエゾセラミックディスク１０及び金属リングＩ６から成る半径方向振動 体の周波数特性曲線が図示されている。この場合、半径方向振動体はほぼピエゾ セラミックディスク１０と同じ周波数特性を有するが、半径方向共振周波数は著 しく低い。つまり、半径方向共振周波数はピエゾセラミックディスク１０の半径 方向共振周波数と金属リング１６の半径方向共振周波数との間に位置する。従っ て、金属リング１６を適当に設計することによって、同じピエゾセラミックディ スクＩＯを使用して所望の低い半径方向共振周波数を得ることができる。

第２図、第３図及び第４図のダイヤグラムから明らかなように、ピエゾセラミッ クディスクｌＯ及び金属リング１６から成る半径方向振動体は振幅分布、位相分 布及び周波数に関し、ピエゾセラミックディスク１０よりも大きな直径を有する ピエゾセラミックディスクのように挙動する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．励起されて半径方向振動を生ぜしめる円形のビエゾセラミックディスクと、 ビエゾセラミックディスクを取り囲む金属リングとを有する、音波又は超音波変 換器において、金属リングがビエゾセラミックディスクと共に半径方向振動体を 成すように、金属リングがビエゾセラミックディスクの周面を形状接続式及び摩 擦接続式に取り囲んでいることを特徴とする、音波又は超音波変換器。
2. ２．金属リングが焼き嵌めによってビエゾセラミックディスクに結合されている 、請求項１記載の音波又は超音波変換器。
3. ３．金属リングがアルミニウムから形成されている、請求項１又は２記載の音波 又は超音波変換器。
4. ４．ビエゾセラミックディスク及び全層リングによって形成された半径方向振動 体の一方の端面に調整層が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項 記載の音波又は超音波変換器。