JPH0772006A - 超音波センサの周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 共振周波数を高める方向及び低める方向の何
れの方向にも、容易にかつ短時間で周波数を調整し得
る、超音波センサの周波数調整方法を提供する。 【構成】 圧電振動板３と、該圧電振動板３に接合され
たコーン状の音響インピーダンス調整部材７とを有する
超音波センサの周波数調整方法であって、上記音響イン
ピーダンス調整部材７の側面７ａと圧電振動板３とのな
す角度θが変化するように、該音響インピーダンス調整
部材７を変形させる、超音波センサの周波数調整方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波センサの周波数
を調整する方法に関し、特に、圧電振動板に音響インピ
ーダンス調整部材が接合された構造を有する超音波セン
サの周波数調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来より公知の超音波センサの
一例を示す断面図である。超音波センサ１はケース２を
有する。ケース２は、下方に開口を有するケース本体２
ａと、ケース本体２ａの開口を閉成するようにケース本
体２ａに取り付けられたベースプレート２ｂとを有す
る。

【０００３】ケース２内には、ユニモルフ型の圧電振動
板３が配置されている。すなわち、ベースプレート２ｂ
の上面に露出形成された載置部２ｃ上に、絶縁性接着剤
４を介してユニモルフ型の圧電振動板３が固着されてい
る。

【０００４】圧電振動板３は、金属板３ａの下面に圧電
セラミック板３ｂを貼り合わせ、かつ圧電セラミック板
３ｂの下面に電極３ｃを形成した構造を有する。電極３
ｃには、リード線５ａが電気的に接続されている。リー
ド線５ａはベースプレート２ｂに設けられた貫通孔２ｄ
からケース２外に引き出され、かつベースプレート２ｂ
とともにインサート成形された端子６に電気的に接続さ
れている。なお、図１では図示されていないが、圧電セ
ラミック板３ｂの上面側の金属板３ａにもリード線が接
合されており、該リード線は、端子６の図面上紙背方向
に端子６の並設された他方の端子に電気的に接続されて
いる。

【０００５】圧電振動板３の上面には、コーン状の音響
インピーダンス調整部材７が接合されており、かつ音響
インピーダンス調整部材７の前方において、ケース本体
２ａに複数の開口２ｅが形成されている。

【０００６】超音波センサ１では、上述した一対の端子
から交流電圧を印加することにより圧電振動板３及び音
響インピーダンス調整部材７を振動させ超音波を目的と
する部分に照射する。そして、反射してきた超音波を受
信することにより圧電振動板３及び音響インピーダンス
調整部材７が振動し、該振動により生じた電圧が上記一
対の端子から取り出される。

【０００７】ところで、超音波センサ１は比較的高いＱ
値を有する周波数特性を示すが、駆動回路の共振周波数
等に応じて、４０ｋＨｚなどの固定の周波数で使用され
ることが多い。すなわち、超音波センサ１のピークとな
る共振周波数では使用せず、上記のようなある固定され
た周波数で使用することが多かった。従って、上記のよ
うなある周波数における特性ばらつきを少なくことが要
求されるが、そのためには、ピークとなる共振周波数が
一定に保たれる必要がある。

【０００８】ところが、圧電振動板３に音響インピーダ
ンス調整部材７を接合している構造を有するため、該音
響インピーダンス調整部材７の接合状態により、共振周
波数がばらつき易いという問題があった。そこで、従
来、音響インピーダンス調整部材７に、接着剤などを付
与し、振動部分の質量を増加することにより周波数調整
が行われていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波センサ１
の周波数調整方法は、接着剤等を付与して質量を増大さ
せることにより行われていたため、共振周波数を低下さ
せる方向にしか調整することができなかった。すなわ
ち、共振周波数を高める方向に調整することはできなか
った。従って、一旦作製された超音波センサ１におい
て、共振周波数を高めようとしても、従来の周波数調整
方法では不可能であった。

【００１０】加えて、塗布された接着剤が硬化するまで
待たねば、特性が安定しなかった。従って、接着剤が硬
化するまで特性を測定することができなかった。しか
も、接着剤を付与して特性を測定した場合に、さらに接
着剤を塗布する必要がある場合には、再度接着剤を塗布
し、接着剤の硬化を待ち、再度測定しなければならなか
った。よって、周波数調整に非常に長い時間を必要とす
るという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、音響インピーダンス調整
部材を有する超音波センサにおいて、周波数を上下何れ
の方向にも容易かつ短時間に調整することを可能する方
法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電振動板
と、前記圧電振動板の一方面に接合された音響インピー
ダンス調整部材とを備える超音波センサの周波数調整方
法であって、前記音響インピーダンス調整部材を圧電板
に接合した状態で、該音響インピーダンス調整部材を変
形させることにより周波数を調整することを特徴とす
る、超音波センサの周波数調整方法である。

【００１３】また、上記音響インピーダンス調整部材と
しては、種々の構造のものを用いるが、一般的なコーン
状の音響インピーダンス調整部材を用いる場合には、請
求項２に記載のように該コーン状部材の側面と圧電振動
板のなす角度θが変化するように、上記音響インピーダ
ンス調整部材が変形される。

【００１４】

【作用及び発明の効果】本願発明者は、上記接着剤の塗
布による周波数調整では非常に長時間を要することに鑑
み、音響インピーダンス調整部材の形状を変化させれ
ば、圧電振動板及び音響インピーダンス調整部材で決定
される超音波センサの共振周波数を変更させ得るのでは
ないかと考え、本発明を成すに至った。

【００１５】すなわち、図２に示すように、平板状の圧
電振動板の共振周波数は一定である（破線Ａ）。また、
コーン状の音響インピーダンス調整部材の側面の傾斜角
度θ（図１参照）を変化させた場合、該音響インピーダ
ンス調整部材のみの共振周波数は、角度θに伴って変化
する（破線Ｂ参照）。

【００１６】ところが、両者を接合した超音波センサ１
では、上記２つのモードの振動が結合するため、実線
Ｃ，実線Ｄで示すように角度θの変化に伴って共振周波
数が変化する。従って、この圧電振動板の共振と音響イ
ンピーダンス調整部材の共振とが縮退する付近（図２の
θ＝Ｘからθ＝Ｙまでの部分）において超音波センサの
音圧及び感度が向上するため、このような範囲となるよ
うに角度θを変形させればよいことを見出した。

【００１７】すなわち、本発明の超音波センサの周波数
調整方法では、上記音響インピーダンス調整部材を圧電
振動板に接合した状態で、音響インピーダンス調整部材
の形状を変形させることにより超音波センサ１の周波数
調整を行うものであり、従って、共振周波数は低める方
向及び高める方向の何れにも調整することができる。

【００１８】しかも、従来法のように接着剤の硬化時間
を待つ必要がないため、極めて短時間でかつ高精度に共
振周波数を調整することが可能となる。

【００１９】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ実施例を説明
することにより、本発明を明らかにする。

【００２０】なお、以下の図３〜図６に示す共振周波数
調整方法では、超音波センサの圧電振動板部分及び音響
インピーダンス調整部材部分のみを図示しているが、実
際には図１に示した超音波センサ１のようにケース２や
端子６等の他の部材が組み合わされて、従来の超音波セ
ンサ１と同様に構成される。

【００２１】図３は、本発明の一実施例に係る超音波セ
ンサの周波数調整方法を説明するための断面図である。
圧電振動板３上に、音響インピーダンス調整部材７が接
合されている。この音響インピーダンス接合部材７は、
コーン状の部材として構成されており、本実施例では、
音響インピーダンス調整部材７の上方から下端に円錐状
の端面１１ａを有する調整棒１１を当接させ、それによ
って音響インピーダンス調整部材７が変形される。

【００２２】この方法では、周波数調整棒１１を上方か
ら当接させることにより、音響インピーダンス調整部材
７の側面７ａと圧電振動板３との間のなす角度θが小さ
くされ、それによって共振周波数が低下される。

【００２３】図４は、本発明の他の実施例の共振周波数
調整方法を説明するための断面図である。本実施例で
は、下端に傾斜面１２ａを有する周波数調整棒１２によ
り音響インピーダンス調整部材７の側面７ａの一部のみ
が圧電振動板３側に移動するように変形される。このよ
うに、音響インピーダンス調整部材７の一部のみを変形
させてもよく、それによって第１の方法の場合と同様に
周波数を調整することができる。

【００２４】また、図３及び図４に示した方法では、共
振周波数を低める方向に調整が行われていたが、図５に
示すように、上方に開いており、かつ上端面に音響イン
ピーダンス調整部材７の側面７ａとほぼ同等の角度で傾
斜された環状の上端面１３ａを有する周波数調整部材１
３を音響インピーダンス調整部材７の下方から側面７ａ
に当接させ、側面７ａと圧電振動板３との間のなす角度
θを大きくするように調整してもよい。この場合には、
角度θが大きくなるため、共振周波数が高められる方向
に周波数調整が行われる。

【００２５】同様に、図６に示すように、音響インピー
ダンス調整部材７の側面７ａの下面側から、先端に傾斜
面１４ａを有する周波数調整棒１４ａを図示の矢印方向
に、すなわち音響インピーダンス調整部材７の中心側に
向かって当接させ、それによって側面７ａと圧電振動板
３との間のなす角度θを大きくするように音響インピー
ダンス調整部材７を変形してもよい。この場合において
も、角度θが大きくなるため、共振周波数が高められる
方向に周波数調整が行われる。

【００２６】なお、図３〜図６を参照して説明した音響
インピーダンス調整部材７の変形方法は、あくまでも例
示に過ぎず、本発明においては、音響インピーダンス調
整部材７を物理的に変形し得る限り、任意の方法により
周波数調整を行うことができる。

【００２７】また、上記実施例では、音響インピーダン
ス調整部材７の側面７ａと圧電振動板３との間の角度θ
を変化させるように音響インピーダンス調整部材７を変
形させていたが、音響インピーダンス調整部材としてコ
ーン状の部材以外の部材を用いる場合には、上記角度θ
に代えて、該音響インピーダンス調整部材を物理的に変
形し得る適宜の方法を採用することにより、同様に、共
振周波数を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波センサの一例を説明するための断面図。

【図２】本発明の原理を説明するための図。

【図３】実施例において超音波センサの共振周波数を調
整する第１の方法を説明するための部分切欠断面図。

【図４】実施例において超音波センサの共振周波数を調
整する第２の方法を説明するための部分切欠断面図。

【図５】実施例において超音波センサの共振周波数を調
整する第３の方法を説明するための断面図。

【図６】実施例において超音波センサの共振周波数を調
整する第４の方法を説明するための断面図。

【符号の説明】 １…超音波センサ ３…圧電振動板 ３ａ…金属板 ３ｂ…圧電セラミック板 ３ｃ…電極 ７…音響インピーダンス調整部材 ７ａ…側面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動板と、前記圧電振動板の一方面
   に接合された音響インピーダンス調整部材とを備える超
   音波センサの周波数調整方法であって、 前記音響インピーダンス調整部材を圧電板に接合した状
   態で、該音響インピーダンス調整部材を変形させること
   により周波数を調整することを特徴とする、超音波セン
   サの周波数調整方法。
2. 【請求項２】 前記音響インピーダンス調整部材がコー
   ン状部材であり、該コーン状部材の側面と圧電振動板と
   のなす角度θが変化するように、前記コーン部材を変形
   させる、請求項１に記載の超音波センサの周波数調整方
   法。