JPH07154898A - 超音波送受波器 - Google Patents
超音波送受波器Info
- Publication number
- JPH07154898A JPH07154898A JP5321011A JP32101193A JPH07154898A JP H07154898 A JPH07154898 A JP H07154898A JP 5321011 A JP5321011 A JP 5321011A JP 32101193 A JP32101193 A JP 32101193A JP H07154898 A JPH07154898 A JP H07154898A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- plate
- molding layer
- element plate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 残響特性を更に改善し得る構成を備えた超音
波送受波器の提供を目的とする 【構成】 音響整合板２ａの上面に圧電素子板３を接合
し、その接合体によりダンピング成形層７を担持して、
前記圧電素子板３をダンピング成形層７に埋入し、残響
時間を短くした。
波送受波器の提供を目的とする 【構成】 音響整合板２ａの上面に圧電素子板３を接合
し、その接合体によりダンピング成形層７を担持して、
前記圧電素子板３をダンピング成形層７に埋入し、残響
時間を短くした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空中に超音波を放射し
たり、逆に空中に放射された超音波を受波する機能を備
える超音波送受波器に関するものである。
たり、逆に空中に放射された超音波を受波する機能を備
える超音波送受波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の音響整合層を備える超音波送受波
器は、感度を優先していた。しかし最近は、超音波送受
波器の送受波面から近接した被検出物の検知に適用され
る近距離タイプの超音波送受波器の需要が増してきた。
そして、このような用途にあって、距離測定時の測定誤
差として最も問題となるのが、送波信号の残響波と受波
信号の干渉である。したがって、近接距離にあっては、
残響特性によって、その信頼性が定まってくることとな
り、通常、かかる用途では受波信号と残響電圧の比が1/
10〜1/100 (20dB 〜40dB）のものが求められている。
器は、感度を優先していた。しかし最近は、超音波送受
波器の送受波面から近接した被検出物の検知に適用され
る近距離タイプの超音波送受波器の需要が増してきた。
そして、このような用途にあって、距離測定時の測定誤
差として最も問題となるのが、送波信号の残響波と受波
信号の干渉である。したがって、近接距離にあっては、
残響特性によって、その信頼性が定まってくることとな
り、通常、かかる用途では受波信号と残響電圧の比が1/
10〜1/100 (20dB 〜40dB）のものが求められている。
【０００３】ところで、この残響特性がさらに改善され
れば、超音波式近接スイッチ用としては、より近くから
の物体検知が可能になり、従来の静電，電磁方式の近接
スイッチの弱点である数ｃｍ先の物体検知も可能とな
る。また、超音波の伝播時間を用いて、音速，温度測定
を行うセンサーでは残響の問題で、小型化が困難であっ
たが、残響特性が向上することにより、この問題につい
ても、改善が行い得ることとなる。
れば、超音波式近接スイッチ用としては、より近くから
の物体検知が可能になり、従来の静電，電磁方式の近接
スイッチの弱点である数ｃｍ先の物体検知も可能とな
る。また、超音波の伝播時間を用いて、音速，温度測定
を行うセンサーでは残響の問題で、小型化が困難であっ
たが、残響特性が向上することにより、この問題につい
ても、改善が行い得ることとなる。
【０００４】そして、これに対応して、図７で示すよう
に、有底筒状ケースｂからなる音響整合層の、その底部
上に表裏面に電極層を形成された圧電素子板ｃを接合
し、該ケースｂ内にダンピング層ｄを埋入した構成の超
音波送受波器ａが提案された。
に、有底筒状ケースｂからなる音響整合層の、その底部
上に表裏面に電極層を形成された圧電素子板ｃを接合
し、該ケースｂ内にダンピング層ｄを埋入した構成の超
音波送受波器ａが提案された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の構成
にあって、その特性を試験すると、残響特性の改善が必
ずしも十分ではないことが判明した。
にあって、その特性を試験すると、残響特性の改善が必
ずしも十分ではないことが判明した。
【０００６】本発明は、残響特性を更に改善し得る構成
を備えた超音波送受波器の提供を目的とするものであ
る。
を備えた超音波送受波器の提供を目的とするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、音響整合板の
上面に表裏面に電極層が形成された圧電素子板を接合
し、その接合体によりダンピング成形層を担持して、前
記圧電素子板をダンピング成形層に埋入し、前記音響整
合板の下面を露出して超音波送受波面としたことを特徴
とするものである。
上面に表裏面に電極層が形成された圧電素子板を接合
し、その接合体によりダンピング成形層を担持して、前
記圧電素子板をダンピング成形層に埋入し、前記音響整
合板の下面を露出して超音波送受波面としたことを特徴
とするものである。
【０００８】また上述の基本構成にあって、音響整合板
の上面に、該音響整合板と同一平面形状の圧電素子板を
整一状に接合し、その接合体によりダンピング成形層を
担持したものが提案される。
の上面に、該音響整合板と同一平面形状の圧電素子板を
整一状に接合し、その接合体によりダンピング成形層を
担持したものが提案される。
【０００９】
【作用】図６の構成に比して、本発明は音響整合層の周
壁がない構成に相当する。そして、この周壁がないため
に、残響特性の向上が確認された。さらに、音響整合板
の上面に、該音響整合板と同一平面形状の圧電素子板を
整一状に接合した構成にあっては、前記圧電素子板の下
面にのみ音響整合層が配設され、さらに残響特性が向上
した。
壁がない構成に相当する。そして、この周壁がないため
に、残響特性の向上が確認された。さらに、音響整合板
の上面に、該音響整合板と同一平面形状の圧電素子板を
整一状に接合した構成にあっては、前記圧電素子板の下
面にのみ音響整合層が配設され、さらに残響特性が向上
した。
【００１０】
【実施例】添付図面について本発明を説明する。
【００１１】図１は、本発明の第一実施例を示すもので
ある。
ある。
【００１２】この構成の超音波送受波器１ａにあって、
円板状の音響整合板２ａの上面には表裏面に電極層４
ａ，４ｂが形成された円板状圧電素子板３が接合されて
いる。この音響整合板２ａ側に位置する電極層４ａはそ
の電気的引き出し端を表面側に延出し、リード線５の導
線６ａ，６ｂを圧電素子板３の表面側で、電極層４ａ，
４ｂに接続し、前記圧電素子板３の電極層４ａ，４ｂに
電圧を印加すると共に、該電極層４ａ，４ｂ間に発生し
た信号電圧を取り出すようにしている。この構成にあっ
ては、前記圧電素子板３の外径は音響整合板２ａの外径
よりも小さくしている。
円板状の音響整合板２ａの上面には表裏面に電極層４
ａ，４ｂが形成された円板状圧電素子板３が接合されて
いる。この音響整合板２ａ側に位置する電極層４ａはそ
の電気的引き出し端を表面側に延出し、リード線５の導
線６ａ，６ｂを圧電素子板３の表面側で、電極層４ａ，
４ｂに接続し、前記圧電素子板３の電極層４ａ，４ｂに
電圧を印加すると共に、該電極層４ａ，４ｂ間に発生し
た信号電圧を取り出すようにしている。この構成にあっ
ては、前記圧電素子板３の外径は音響整合板２ａの外径
よりも小さくしている。
【００１３】さらに前記音響整合板２ａ，圧電素子板３
からなる接合体上にダンピング成形層７を担持して、前
記圧電素子板３を覆い、かつリード線５を引き出してい
る。そして、前記音響整合板２の下面を露出して超音波
送受波面ｆとしている。
からなる接合体上にダンピング成形層７を担持して、前
記圧電素子板３を覆い、かつリード線５を引き出してい
る。そして、前記音響整合板２の下面を露出して超音波
送受波面ｆとしている。
【００１４】上述の構成にあって、音響整合板２ａは、
発泡性プラスチック材料，プラスチックに無数のガラス
バルーンを混合した材料などが用いられる。またダンピ
ング成形層７は、接合体上で、モールド成形により形成
されるものであり、室音硬化型シリコンゴム、ウレタン
樹脂などの、内部摩擦の大きな材料に、チタン酸鉛，チ
タン酸ジルコン酸鉛などのセラミック粉末、金属粉末な
どの比重の大きな粉末を混合してなる材料により成形さ
れる。
発泡性プラスチック材料，プラスチックに無数のガラス
バルーンを混合した材料などが用いられる。またダンピ
ング成形層７は、接合体上で、モールド成形により形成
されるものであり、室音硬化型シリコンゴム、ウレタン
樹脂などの、内部摩擦の大きな材料に、チタン酸鉛，チ
タン酸ジルコン酸鉛などのセラミック粉末、金属粉末な
どの比重の大きな粉末を混合してなる材料により成形さ
れる。
【００１５】このダンピング成形層７の効果は、音響イ
ンピーダンスが大きいほど（チタン酸ジルコン酸鉛の音
響インピーダンス約30×106 に近いほど）、残響時間が
短くなる。
ンピーダンスが大きいほど（チタン酸ジルコン酸鉛の音
響インピーダンス約30×106 に近いほど）、残響時間が
短くなる。
【００１６】ここで、図４は、音響インピーダンスと、
残響時間及び受波感度の関係を示す。この残響時間は図
５で示すように送波の立ち上り時から、周縁までの時間
を示し、受波感度は、受波の最大振幅を示す。
残響時間及び受波感度の関係を示す。この残響時間は図
５で示すように送波の立ち上り時から、周縁までの時間
を示し、受波感度は、受波の最大振幅を示す。
【００１７】図２は、第二実施例を示すものである。
【００１８】この構成の超音波送受波器１ｂにあって、
円板状の音響整合板２ｂは、その上面に接合される圧電
素子板３と平面形状（外径）を等しくしている。そし
て、この接合体上に担持されるダンピング成形層７は、
該接合体の周縁を囲壌する外径として、該圧電素子板３
をその周面も含めて覆うようにしている。
円板状の音響整合板２ｂは、その上面に接合される圧電
素子板３と平面形状（外径）を等しくしている。そし
て、この接合体上に担持されるダンピング成形層７は、
該接合体の周縁を囲壌する外径として、該圧電素子板３
をその周面も含めて覆うようにしている。
【００１９】図３は、図７にかかる現行品と、図１にか
かる構成（実施例１）と図２にかかる構成（実施例２）
の感度特性と、受波感度及び残響時間を比較したもので
ある。
かる構成（実施例１）と図２にかかる構成（実施例２）
の感度特性と、受波感度及び残響時間を比較したもので
ある。
【００２０】ここで、図７で示すケースｂとして、エポ
キシ樹脂75重量部に直径50ミクロンのガラスバルーンを
25重量部混合した複合材料（音響インピーダンス1.5 ×
106Ns/m3 ）により肉厚Ｈ2 に成形したものを用い、図
１の音響整合板２ａとして、前記と同じ複合材料により
外径Ｄ3 10mm，厚みＨ4 2.2mm の円板状に成形したもの
を用い、図２の音響整合板２ｂとして、前記と同じ複合
材料により外径Ｄ5 8mm ，厚みＨ6 2.2mm の円板状に成
形したものを用いた。
キシ樹脂75重量部に直径50ミクロンのガラスバルーンを
25重量部混合した複合材料（音響インピーダンス1.5 ×
106Ns/m3 ）により肉厚Ｈ2 に成形したものを用い、図
１の音響整合板２ａとして、前記と同じ複合材料により
外径Ｄ3 10mm，厚みＨ4 2.2mm の円板状に成形したもの
を用い、図２の音響整合板２ｂとして、前記と同じ複合
材料により外径Ｄ5 8mm ，厚みＨ6 2.2mm の円板状に成
形したものを用いた。
【００２１】また図７のダンピング成形層ｄ及び図１，
図２のダンピング成形層７として、いずれもウレタン樹
脂25重量部に直径10ミクロンのチタン酸鉛粉末７５重量
部混合した複合材料（音響インピーダンス 3×106 Ns/m
3 ）を用い、図７の場合はケース内にそれを充填し、図
１の場合は整合板の外径Ｄ3 と同寸の10mm，高さＨ35.8
mm に、図２の場合は外径Ｄ4 10mm，高さＨ5 7mm にな
るようにモールド成形した。
図２のダンピング成形層７として、いずれもウレタン樹
脂25重量部に直径10ミクロンのチタン酸鉛粉末７５重量
部混合した複合材料（音響インピーダンス 3×106 Ns/m
3 ）を用い、図７の場合はケース内にそれを充填し、図
１の場合は整合板の外径Ｄ3 と同寸の10mm，高さＨ35.8
mm に、図２の場合は外径Ｄ4 10mm，高さＨ5 7mm にな
るようにモールド成形した。
【００２２】さらに図７，図１，図２において、圧電素
子ｃ，３はチタン酸ジルコン酸鉛より直径 8mm，厚み 1
mmの円板状に成形したものを用いた。
子ｃ，３はチタン酸ジルコン酸鉛より直径 8mm，厚み 1
mmの円板状に成形したものを用いた。
【００２３】尚、送受波感度特性の測定は図６に示す回
路装置を用いて行なった。
路装置を用いて行なった。
【００２４】この図で理解されるように、上述の各構成
は、図７の従来構成（受波感度2.1Vpp，残響時間0.25m
s）に比して、受波感度及び残響時間のいずれも改善さ
れたことがわかる。また、図２の構成（受波感度4.1Vp
p，残響時間0.20ms）にあっては、図１の構成（受波感
度4.1Vpp，残響時間0.10ms）よりも更に改善されること
がわかった。
は、図７の従来構成（受波感度2.1Vpp，残響時間0.25m
s）に比して、受波感度及び残響時間のいずれも改善さ
れたことがわかる。また、図２の構成（受波感度4.1Vp
p，残響時間0.20ms）にあっては、図１の構成（受波感
度4.1Vpp，残響時間0.10ms）よりも更に改善されること
がわかった。
【００２５】上記図１，２の構成にあって、腐食性のガ
ス雰囲気中で使用する場合には、ガスの接触面にポリイ
ミドなど耐候性の優れたフィルムを接着またはコーティ
ングする（膜厚100 μm ）ことで対応が可能となる。
ス雰囲気中で使用する場合には、ガスの接触面にポリイ
ミドなど耐候性の優れたフィルムを接着またはコーティ
ングする（膜厚100 μm ）ことで対応が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、音響整合板２ａ，２ｂの上面
に圧電素子板３を接合し、その接合体によりダンピング
成形層７を担持して、前記圧電素子板３をダンピング成
形層７に埋入することにより、受波感度を向上し、かつ
残響時間を短くしたものである。このため、近距離測定
に用いる場合にも、送波信号と受波信号が干渉すること
はなく、超音波式近接スイッチ用として最適となる。ま
た、超音波の伝播時間を用いて、音速，温度測定を行う
センサーに適用することにより、その小型化を達成でき
る、等の優れた効果がある。
に圧電素子板３を接合し、その接合体によりダンピング
成形層７を担持して、前記圧電素子板３をダンピング成
形層７に埋入することにより、受波感度を向上し、かつ
残響時間を短くしたものである。このため、近距離測定
に用いる場合にも、送波信号と受波信号が干渉すること
はなく、超音波式近接スイッチ用として最適となる。ま
た、超音波の伝播時間を用いて、音速，温度測定を行う
センサーに適用することにより、その小型化を達成でき
る、等の優れた効果がある。
【図１】本発明の第一実施例の縦断側面図である。
【図２】本発明の第二実施例の縦断側面図である。
【図３】残響特性を示す対比図である。
【図４】音響インピーダンスと、残響時間及び受波感度
の関係を示すフラフである。
の関係を示すフラフである。
【図５】残響時間と受波感度の関係を示す波形図であ
る。
る。
【図６】送受波感度の測定回路図である。
【図７】従来構成の縦断側面図である。
１ａ，１ｂ 超音波送受波器 ２ａ，２ｂ 音響整合板 ３ 圧電素子板 ７ ダンピング成形層
Claims (2)
- 【請求項１】音響整合板の上面に表裏面に電極層が形成
された圧電素子板を接合し、その接合体によりダンピン
グ成形層を担持して、前記圧電素子板をダンピング成形
層に埋入し、前記音響整合板の下面を露出して超音波送
受波面としたことを特徴とする超音波送受波器。 - 【請求項２】音響整合板の上面に、該音響整合板と同一
平面形状の圧電素子板を整一状に接合し、その接合体に
よりダンピング成形層を担持したことを特徴とする請求
項１記載の超音波送受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32101193A JP3345844B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32101193A JP3345844B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07154898A true JPH07154898A (ja) | 1995-06-16 |
| JP3345844B2 JP3345844B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=18127799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32101193A Expired - Fee Related JP3345844B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3345844B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8098000B2 (en) | 2007-08-21 | 2012-01-17 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| DE112021000436T5 (de) | 2020-02-26 | 2022-10-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ultraschallsensor |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12601818B2 (en) * | 2021-01-06 | 2026-04-14 | The University Of Tokyo | Ultrasound device, impedance matching layer, and electrostatic drive device |
-
1993
- 1993-11-26 JP JP32101193A patent/JP3345844B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8098000B2 (en) | 2007-08-21 | 2012-01-17 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| DE112021000436T5 (de) | 2020-02-26 | 2022-10-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ultraschallsensor |
| US12527222B2 (en) | 2020-02-26 | 2026-01-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Ultrasonic sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3345844B2 (ja) | 2002-11-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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