JPH0951599A - 超音波振動子 - Google Patents
超音波振動子Info
- Publication number
- JPH0951599A JPH0951599A JP20079495A JP20079495A JPH0951599A JP H0951599 A JPH0951599 A JP H0951599A JP 20079495 A JP20079495 A JP 20079495A JP 20079495 A JP20079495 A JP 20079495A JP H0951599 A JPH0951599 A JP H0951599A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- matching layer
- acoustic matching
- ultrasonic
- ultrasonic transducer
- acoustic
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920001207 Noryl Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000004727 Noryl Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 16
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 2
- 241001237728 Precis Species 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 4
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical group [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229920006026 co-polymeric resin Polymers 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度変化が小さくて距離算出精度の向上を図
ることが容易な超音波振動子を提供する。 【解決手段】 本発明にかかる超音波振動子は、音響整
合層１と、この音響整合層１の一面上に接合された圧電
振動素子２及び支持用筒体３とを具備してなるものであ
り、音響整合層１は、音響インピーダンスが１．５〜
１．８×１０6Ｋｇ／ｍ2ｓ程度となる樹脂材料を用いて
作製されたものである。なお、このような樹脂材料とし
ては、ノリルもしくはＡＢＳが挙げられる。
ることが容易な超音波振動子を提供する。 【解決手段】 本発明にかかる超音波振動子は、音響整
合層１と、この音響整合層１の一面上に接合された圧電
振動素子２及び支持用筒体３とを具備してなるものであ
り、音響整合層１は、音響インピーダンスが１．５〜
１．８×１０6Ｋｇ／ｍ2ｓ程度となる樹脂材料を用いて
作製されたものである。なお、このような樹脂材料とし
ては、ノリルもしくはＡＢＳが挙げられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波振動子にかか
り、特には、音響整合層の作製材料に関する。
り、特には、音響整合層の作製材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波振動子は距離測定用の超音波セン
サなどを構成する際に使用されるものであり、超音波振
動子のうちには、図示省略しているが、音響整合層と、
この音響整合層の一面に対して接合された圧電振動素子
及び支持用筒体とを具備したものがある。そして、この
際における音響整合層としては、特開昭５９−１７１２
９５号公報や実公平１−４１２７９号公報で開示されて
いるように、ガラスやカーボンなどからなる微小中空球
が混合されたエポキシ樹脂やシリコン樹脂などを平板形
状として固めたものが一般的となっている。
サなどを構成する際に使用されるものであり、超音波振
動子のうちには、図示省略しているが、音響整合層と、
この音響整合層の一面に対して接合された圧電振動素子
及び支持用筒体とを具備したものがある。そして、この
際における音響整合層としては、特開昭５９−１７１２
９５号公報や実公平１−４１２７９号公報で開示されて
いるように、ガラスやカーボンなどからなる微小中空球
が混合されたエポキシ樹脂やシリコン樹脂などを平板形
状として固めたものが一般的となっている。
【０００３】ところで、従来においては、空気の音響イ
ンピーダンスＺ１＝０．０００４×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ、
また、セラミックからなる圧電振動子の音響インピーダ
ンスＺ２＝３０×１０6ｋｇ／ｍ2ｓであるのに対し、音
響整合層の音響インピーダンスＺ３＝（Ｚｌ×Ｚ２）
1/2＝０．１１×ｌ０6ｋｇ／ｍ2ｓである場合における
空気中ヘの超音波の伝達効率が最も大きくなる、つま
り、超音波振動子の感度が最も高いことになるので、音
響インピーダンスが０．９〜１．４×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ
程度となるような材料を用いたうえで音響整合層を作製
するとともに、この際における音響整合層の厚みを超音
波の１／４波長としておくことが行われている。
ンピーダンスＺ１＝０．０００４×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ、
また、セラミックからなる圧電振動子の音響インピーダ
ンスＺ２＝３０×１０6ｋｇ／ｍ2ｓであるのに対し、音
響整合層の音響インピーダンスＺ３＝（Ｚｌ×Ｚ２）
1/2＝０．１１×ｌ０6ｋｇ／ｍ2ｓである場合における
空気中ヘの超音波の伝達効率が最も大きくなる、つま
り、超音波振動子の感度が最も高いことになるので、音
響インピーダンスが０．９〜１．４×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ
程度となるような材料を用いたうえで音響整合層を作製
するとともに、この際における音響整合層の厚みを超音
波の１／４波長としておくことが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガラス
製の微小中空球をエポキシ樹脂でもって固めることによ
って作製され、かつ、音響インピーダンスＺ＝１．４×
１０6ｋｇ／ｍ2ｓ程度とされた音響整合層を用意したう
え、この音響整合層を用いて構成された超音波振動子に
おける受信感度を調査してみたところ、図２中の実線で
示すような調査結果が得られた。すなわち、この調査結
果によれば、超音波振動子の有する音響インピーダンス
が理想値に近ければ近いほど、使用周波数がずれた際に
おける超音波振動子の感度変化が大きいことが分かる。
製の微小中空球をエポキシ樹脂でもって固めることによ
って作製され、かつ、音響インピーダンスＺ＝１．４×
１０6ｋｇ／ｍ2ｓ程度とされた音響整合層を用意したう
え、この音響整合層を用いて構成された超音波振動子に
おける受信感度を調査してみたところ、図２中の実線で
示すような調査結果が得られた。すなわち、この調査結
果によれば、超音波振動子の有する音響インピーダンス
が理想値に近ければ近いほど、使用周波数がずれた際に
おける超音波振動子の感度変化が大きいことが分かる。
【０００５】そして、超音波振動子の感度の変化が大き
いと、距離測定対象である反射物からの反射時間の変化
が長くなる結果、反射時間に基づいて反射物までの距離
を算出した際の精度が低下することにもなってしまう。
つまり、図３で示すように、送信側の超音波振動子から
反射物に対して超音波信号Ａを出力した際、感度が低下
していなければ、受信側の超音波振動子に対して大きな
反射信号Ｂが入力し、この反射信号Ｂが短い反射時間Ｔ
の経過後にしきい値Ｓを越えて検知されるはずであるの
に対し、感度が低下している場合には、小さな反射波
Ｂ′しか得られず、この反射波Ｂ′がしきい値Ｓを越え
るまでの反射時間Ｔ′が遅れてしまうのである。
いと、距離測定対象である反射物からの反射時間の変化
が長くなる結果、反射時間に基づいて反射物までの距離
を算出した際の精度が低下することにもなってしまう。
つまり、図３で示すように、送信側の超音波振動子から
反射物に対して超音波信号Ａを出力した際、感度が低下
していなければ、受信側の超音波振動子に対して大きな
反射信号Ｂが入力し、この反射信号Ｂが短い反射時間Ｔ
の経過後にしきい値Ｓを越えて検知されるはずであるの
に対し、感度が低下している場合には、小さな反射波
Ｂ′しか得られず、この反射波Ｂ′がしきい値Ｓを越え
るまでの反射時間Ｔ′が遅れてしまうのである。
【０００６】そこで、従来構造の超音波振動子において
距離測定精度の向上を図るには、音響整合層の厚みに
対する加工精度を向上させることにより超音波振動子に
おける周波数のバラツキを小さくする、送信側の超音
波振動子を駆動する送信回路の周波数を超音波振動子の
特性に合わせて調整する、温度変化によって超音波セ
ンサの周波数がずれた時には送信回路及び受信回路でも
って周波数のずれを検知して補正する、といった対策を
実行する必要があり、結果として超音波振動子あるいは
送信回路及び受信回路が高価になるという不都合が生じ
ることになっていた。
距離測定精度の向上を図るには、音響整合層の厚みに
対する加工精度を向上させることにより超音波振動子に
おける周波数のバラツキを小さくする、送信側の超音
波振動子を駆動する送信回路の周波数を超音波振動子の
特性に合わせて調整する、温度変化によって超音波セ
ンサの周波数がずれた時には送信回路及び受信回路でも
って周波数のずれを検知して補正する、といった対策を
実行する必要があり、結果として超音波振動子あるいは
送信回路及び受信回路が高価になるという不都合が生じ
ることになっていた。
【０００７】本発明は、これらの不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、感度変化が小さくて距離算出精度の
向上を図ることが容易な超音波振動子の提供を目的とす
る。
れたものであって、感度変化が小さくて距離算出精度の
向上を図ることが容易な超音波振動子の提供を目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる超音波振
動子は、音響整合層と、この音響整合層の一面上に接合
された圧電振動素子及び支持用筒体とを具備してなるも
のであって、音響整合層は、音響インピーダンスが１．
５〜１．８×１０6Ｋｇ／ｍ2ｓ程度となる樹脂材料を用
いて作製されたものであることを特徴とする。なお、こ
のような樹脂材料としては、ノリルもしくはＡＢＳ（ア
クリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂）が
ある。
動子は、音響整合層と、この音響整合層の一面上に接合
された圧電振動素子及び支持用筒体とを具備してなるも
のであって、音響整合層は、音響インピーダンスが１．
５〜１．８×１０6Ｋｇ／ｍ2ｓ程度となる樹脂材料を用
いて作製されたものであることを特徴とする。なお、こ
のような樹脂材料としては、ノリルもしくはＡＢＳ（ア
クリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂）が
ある。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる超音波振動
子の実施の形態を図面に基づいて説明する。
子の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】図１は超音波振動子の全体構造を簡略化し
て示す断面図であり、この超音波振動子は、音響整合層
１と、この音響整合層１の一面（図では、裏面）上に接
着剤（図示せず）を用いて接合された圧電振動素子２及
び支持用筒体３とを具備している。そして、この際にお
ける音響整合層１は、その表面が超音波送受波面として
機能するものであり、１．５〜１．８×１０6Ｋｇ／ｍ2
ｓ程度の音響インピーダンスを有する樹脂材料、例え
ば、ノリルやＡＢＳなどのような樹脂材料を用いること
によって作製されている。
て示す断面図であり、この超音波振動子は、音響整合層
１と、この音響整合層１の一面（図では、裏面）上に接
着剤（図示せず）を用いて接合された圧電振動素子２及
び支持用筒体３とを具備している。そして、この際にお
ける音響整合層１は、その表面が超音波送受波面として
機能するものであり、１．５〜１．８×１０6Ｋｇ／ｍ2
ｓ程度の音響インピーダンスを有する樹脂材料、例え
ば、ノリルやＡＢＳなどのような樹脂材料を用いること
によって作製されている。
【００１１】また、この音響整合層１の厚みが超音波の
１／４波長と合致させられており、かつ、アルミニウム
などの金属を用いて作製された支持用筒体３が音響整合
層１の周縁を支持していることは従来例と同じである。
なお、図中の符号４は支持用筒体３内に配設されたベー
ス基板、５は圧電振動素子１の表面電極（図示せず）に
対して接続された負（−）側のリード線、６は圧電振動
素子１の裏面電極（図示せず）に接続された正（＋）側
のリード線、７は配線ケーブル、８はベース基板４の裏
面側に充填されたシリコーンゴムである。
１／４波長と合致させられており、かつ、アルミニウム
などの金属を用いて作製された支持用筒体３が音響整合
層１の周縁を支持していることは従来例と同じである。
なお、図中の符号４は支持用筒体３内に配設されたベー
ス基板、５は圧電振動素子１の表面電極（図示せず）に
対して接続された負（−）側のリード線、６は圧電振動
素子１の裏面電極（図示せず）に接続された正（＋）側
のリード線、７は配線ケーブル、８はベース基板４の裏
面側に充填されたシリコーンゴムである。
【００１２】ところで、音響インピーダンスＺ＝１．７
×１０6Ｋｇ／ｍ2ｓ程度である音響整合層１を用いてな
る超音波振動子の受信感度を調査したところ、図２中の
破線で示すような調査結果が得られた。そして、この調
査結果によれば、音響インピーダンスが１．４×１０6
Ｋｇ／ｍ2ｓ程度であった従来例に比べ、１．７×１０6
Ｋｇ／ｍ2ｓ程度の音響インピーダンスを有する音響整
合層１を用いた際には超音波振動子における感度変化が
少なくなることが明らかとなっている。
×１０6Ｋｇ／ｍ2ｓ程度である音響整合層１を用いてな
る超音波振動子の受信感度を調査したところ、図２中の
破線で示すような調査結果が得られた。そして、この調
査結果によれば、音響インピーダンスが１．４×１０6
Ｋｇ／ｍ2ｓ程度であった従来例に比べ、１．７×１０6
Ｋｇ／ｍ2ｓ程度の音響インピーダンスを有する音響整
合層１を用いた際には超音波振動子における感度変化が
少なくなることが明らかとなっている。
【００１３】すなわち、ノリルもしくはＡＢＳのような
樹脂材料を用いることによって音響整合層１を作製した
場合には、周波数のずれによる超音波センサの感度変化
が小さくなり、従来例で説明したようなないしの対
策を実行しなくても距離算出精度が向上していることに
なる。なお、近距離の測定では超音波の減衰が少ないた
めに感度が若干程度低くても問題にはならず、逆に、反
射時間が短くなるために同じ時間誤差であっても相対的
な誤差率が大きくなるから、本発明にかかる超音波振動
子、つまり、フラット（平坦）な感度を有する超音波振
動子の方が、特定の周波数において高いピーク感度を持
つ従来例構造の超音波振動子よりも好ましいことは明ら
かである。
樹脂材料を用いることによって音響整合層１を作製した
場合には、周波数のずれによる超音波センサの感度変化
が小さくなり、従来例で説明したようなないしの対
策を実行しなくても距離算出精度が向上していることに
なる。なお、近距離の測定では超音波の減衰が少ないた
めに感度が若干程度低くても問題にはならず、逆に、反
射時間が短くなるために同じ時間誤差であっても相対的
な誤差率が大きくなるから、本発明にかかる超音波振動
子、つまり、フラット（平坦）な感度を有する超音波振
動子の方が、特定の周波数において高いピーク感度を持
つ従来例構造の超音波振動子よりも好ましいことは明ら
かである。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる超
音波振動子によれば、周波数ずれに伴う感度変化を少な
くでき、距離測定精度の向上を図ることができるという
効果が得られる。また、従来例におけるような距離測定
精度の向上を図るための周波数調整や温度補正を行う必
要がなくなる結果、送信回路及び受信回路の構成に要す
るコストを低減することもできる。
音波振動子によれば、周波数ずれに伴う感度変化を少な
くでき、距離測定精度の向上を図ることができるという
効果が得られる。また、従来例におけるような距離測定
精度の向上を図るための周波数調整や温度補正を行う必
要がなくなる結果、送信回路及び受信回路の構成に要す
るコストを低減することもできる。
【図１】実施形態にかかる超音波振動子の全体構造を簡
略化して示す断面図である。
略化して示す断面図である。
【図２】実施形態及び従来形態の例超音波振動子におけ
る受信感度の調査結果を示す説明図である。
る受信感度の調査結果を示す説明図である。
【図３】従来形態において反射時間の遅れが生じる状態
の説明図である。
の説明図である。
１ 音響整合層 ２ 圧電振動素子 ３ 支持用筒体
Claims (2)
- 【請求項１】 音響整合層（１）と、この音響整合層
（１）の一面上に接合された圧電振動素子（２）及び支
持用筒体（３）とを具備してなる超音波振動子であっ
て、 音響整合層（１）は、音響インピーダンスが１．５〜
１．８×１０6Ｋｇ／ｍ2ｓ程度となる樹脂材料を用いて
作製されたものであることを特徴とする超音波振動子。 - 【請求項２】 樹脂材料は、ノリルもしくはＡＢＳであ
ることを特徴とする請求項１記載の超音波振動子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20079495A JPH0951599A (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | 超音波振動子 |
| US08/668,386 US5907521A (en) | 1995-06-23 | 1996-06-21 | Ultrasonic range finder using ultrasonic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20079495A JPH0951599A (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | 超音波振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0951599A true JPH0951599A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16430306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20079495A Pending JPH0951599A (ja) | 1995-06-23 | 1995-08-07 | 超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0951599A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110987041A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-10 | 广东奥迪威传感科技股份有限公司 | 超声波传感器及其壳体 |
-
1995
- 1995-08-07 JP JP20079495A patent/JPH0951599A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110987041A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-10 | 广东奥迪威传感科技股份有限公司 | 超声波传感器及其壳体 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2918102B2 (ja) | 超音波変換器 | |
| AU2020103892A4 (en) | Sensing element used to fabricate high-frequency, wideband and high-sensitivity underwater acoustic transducer and fabrication method thereof | |
| JP6732274B1 (ja) | ソナー、超音波振動子 | |
| JP2020091286A (ja) | 不感帯が低減された飛行時間測定値を判定する距離検出システム | |
| CN110560352A (zh) | 基于Helmholtz共振腔的可调频超声传感器阵列 | |
| JPS6133519B2 (ja) | ||
| KR100789764B1 (ko) | 초음파 송수파기 | |
| JP2001326987A (ja) | 超音波送受波器 | |
| JP2001526479A (ja) | カップ形状の支持体を有する超音波変換器 | |
| US20040171936A1 (en) | Ultrasonic transmitting/receiving device and method for fabricating the same | |
| JPH0951599A (ja) | 超音波振動子 | |
| JP4213797B2 (ja) | 超音波送受波器 | |
| JP3528491B2 (ja) | 超音波送受波器 | |
| JPH0723755Y2 (ja) | 超音波センサ | |
| JP2000253494A (ja) | 超音波センサ用圧電素子 | |
| JP3010242B2 (ja) | 超音波振動子 | |
| JPS6120199B2 (ja) | ||
| JPH05248935A (ja) | 超音波センサ | |
| JPS6055798A (ja) | 超音波送受波器 | |
| JP3652566B6 (ja) | 超音波振動子 | |
| JP3652566B2 (ja) | 超音波振動子 | |
| JPS6313640B2 (ja) | ||
| JPH0340534A (ja) | 超音波送受波装置 | |
| JPH11146492A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH07198827A (ja) | 速度検出装置 |