JPS60208199A - 超音波送受波器 - Google Patents
超音波送受波器Info
- Publication number
- JPS60208199A JPS60208199A JP59065364A JP6536484A JPS60208199A JP S60208199 A JPS60208199 A JP S60208199A JP 59065364 A JP59065364 A JP 59065364A JP 6536484 A JP6536484 A JP 6536484A JP S60208199 A JPS60208199 A JP S60208199A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- protective film
- ultrasonic transducer
- matching layer
- acoustic matching
- ultrasonic
- 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
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
- B06B1/067—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は空気中に存在する対象物捷での距離や対象物の
形状等を超音波信号の送受信によって測定する装置等に
用いられる超音波送受波器に関するものである。
形状等を超音波信号の送受信によって測定する装置等に
用いられる超音波送受波器に関するものである。
従来例の構成とその問題点
圧電振動子を用いて数百ＫＨｚ 以上の動作周波数を有
する空中用超音波送受波２ｇを構成する場合、？１１来
（−Ｊ、第１図に示すように圧電振動子１の超γｆ波放
射面２および背面３にそれぞれ音響整合層４゜背面負荷
材５を接合した構造であり、音響整合！・η４の材料と
じて／リコーン樹脂等の高分子（２料が用いられていた
。多くの場合に用いられるシリコーン樹脂の音響イノビ
ーダンスは約１×１０６Ｎ Ｓ／ ｎｆであり、圧電振
動子１と空気との音響整合を取るためにはさらに音響イ
ンピーダンスの小さいｇ ９整合層材料が望まれていた
。この目的で本発明者は／リコーン樹脂等の高分子材料
をｆひ材として極めて比重の小さいマイクロスフェアを
混合した複合材を音響整合層材料とすること全過去（で
提案した。以上の従来例あるいは本発明者の提案（／′
Ｃおいて整合層材料として用いられているシリコーン樹
脂等の高分子材料又はその複合材は空気中のほこりなど
をその表面に吸着しやすくさらに機械的強度も小さいた
め外力を受けることによって表面や周辺部が部分的に剥
離しやすいという欠点を有していた。また第２図に示す
ように圧電振動子１の表面に設けられた音響整合層４の
表面を保護するため金属細線等のメッシュや金属あるい
はプラスチック等の多孔板から成る保護部材６を整合層
４の前面に配置することが考えられるが、数百ＫＨｚ以
上の空中超音波の場合波長が約１ｍｍ以下と極めて短か
くなるため上記保護部材６の寸法を超音波の波長に比べ
て十分に小さくすることが困難となり従って超音波が保
護部材６によって散乱され、超音波減衰が大きくなると
いう欠点を有していた。
する空中用超音波送受波２ｇを構成する場合、？１１来
（−Ｊ、第１図に示すように圧電振動子１の超γｆ波放
射面２および背面３にそれぞれ音響整合層４゜背面負荷
材５を接合した構造であり、音響整合！・η４の材料と
じて／リコーン樹脂等の高分子（２料が用いられていた
。多くの場合に用いられるシリコーン樹脂の音響イノビ
ーダンスは約１×１０６Ｎ Ｓ／ ｎｆであり、圧電振
動子１と空気との音響整合を取るためにはさらに音響イ
ンピーダンスの小さいｇ ９整合層材料が望まれていた
。この目的で本発明者は／リコーン樹脂等の高分子材料
をｆひ材として極めて比重の小さいマイクロスフェアを
混合した複合材を音響整合層材料とすること全過去（で
提案した。以上の従来例あるいは本発明者の提案（／′
Ｃおいて整合層材料として用いられているシリコーン樹
脂等の高分子材料又はその複合材は空気中のほこりなど
をその表面に吸着しやすくさらに機械的強度も小さいた
め外力を受けることによって表面や周辺部が部分的に剥
離しやすいという欠点を有していた。また第２図に示す
ように圧電振動子１の表面に設けられた音響整合層４の
表面を保護するため金属細線等のメッシュや金属あるい
はプラスチック等の多孔板から成る保護部材６を整合層
４の前面に配置することが考えられるが、数百ＫＨｚ以
上の空中超音波の場合波長が約１ｍｍ以下と極めて短か
くなるため上記保護部材６の寸法を超音波の波長に比べ
て十分に小さくすることが困難となり従って超音波が保
護部材６によって散乱され、超音波減衰が大きくなると
いう欠点を有していた。
発明の目的
本発明は従来の音響整合層付き空中超音波送受波器の欠
点を除去し超音波減衰が極めて小さく、音響整合層を汚
れや機械的損傷から保護しうる超音波送受波器の提供を
目的とするものである。
点を除去し超音波減衰が極めて小さく、音響整合層を汚
れや機械的損傷から保護しうる超音波送受波器の提供を
目的とするものである。
発明の構成
本発明は上記目的を達成するためになされたもので保護
膜を音響整合層表面に密着させて張設することにより超
音波減衰が超音波送受波器の実使用上支障を生じない程
度に小さい整合層保護膜を有する超音波送受波器を提供
するものである。
膜を音響整合層表面に密着させて張設することにより超
音波減衰が超音波送受波器の実使用上支障を生じない程
度に小さい整合層保護膜を有する超音波送受波器を提供
するものである。
実施例の説明
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第３図に本発明の一実施例における超音波送受波器の断
面図を示す、第３図において７は圧電セラミック振動子
等の圧電振動子、８は音響整合層、９は必要に応じて設
けられる背面負荷材であり、音響整合層８は一層整合構
造の他に二層，三層等多層構造を有する場合も含まれる
、１０は音響整合層８の表面に密着して張設されたプラ
スチック保護膜である。音響整合層８の表面とプラスチ
ック保護膜１０はその間に空気層が介在しないように完
全に密着することが必要である。プラスチック保護膜１
０としてポリエチレンテレフタレート（ポリエステル）
薄膜を用いた場合の、膜厚をパラメータとしたときの送
受波感度−周波数特性および膜厚に対する送受波感度ピ
ーク値の実測結果をそれぞれ第４図，第５図に示す。本
測定に用いた超音波送受波器は直径３０ｍｍ、厚さ２．
２ｍｍの圧電セラミック振動子の片面にシリコーン樹脂
を母材として極めて比重の小さいコイクロスフェアを混
合した複合材から成る音響整合層を有し、さらにその上
にプラスチック保護膜が設けられており、他面に背面負
荷材を有する構造である。
面図を示す、第３図において７は圧電セラミック振動子
等の圧電振動子、８は音響整合層、９は必要に応じて設
けられる背面負荷材であり、音響整合層８は一層整合構
造の他に二層，三層等多層構造を有する場合も含まれる
、１０は音響整合層８の表面に密着して張設されたプラ
スチック保護膜である。音響整合層８の表面とプラスチ
ック保護膜１０はその間に空気層が介在しないように完
全に密着することが必要である。プラスチック保護膜１
０としてポリエチレンテレフタレート（ポリエステル）
薄膜を用いた場合の、膜厚をパラメータとしたときの送
受波感度−周波数特性および膜厚に対する送受波感度ピ
ーク値の実測結果をそれぞれ第４図，第５図に示す。本
測定に用いた超音波送受波器は直径３０ｍｍ、厚さ２．
２ｍｍの圧電セラミック振動子の片面にシリコーン樹脂
を母材として極めて比重の小さいコイクロスフェアを混
合した複合材から成る音響整合層を有し、さらにその上
にプラスチック保護膜が設けられており、他面に背面負
荷材を有する構造である。
第４図から分るように上記プラスチック保護膜の膜厚が
厚くなるほど中心周波数が低周波側にシフトし、膜厚９
μｍの場合はプラスチック保護膜を設けない場合に比べ
中心周波数は１０％程度低下している。この中心周波数
低下分を見込んでプラスチック保護膜を有する超音波送
受波器の中心周波数を保護膜なしの場合の中心周波数に
等しくするためには上記保護膜を設ける前の超音波送受
波器の中心周波数を高目に設定することが必要となり、
従って音響整合層１０をより薄く製作することが必要と
なるため製作が困難となる。また周波数が高くなると音
響整合層における超音波減衰が大きくなるため超音波送
受波器の送受波感度低下を生じる。
厚くなるほど中心周波数が低周波側にシフトし、膜厚９
μｍの場合はプラスチック保護膜を設けない場合に比べ
中心周波数は１０％程度低下している。この中心周波数
低下分を見込んでプラスチック保護膜を有する超音波送
受波器の中心周波数を保護膜なしの場合の中心周波数に
等しくするためには上記保護膜を設ける前の超音波送受
波器の中心周波数を高目に設定することが必要となり、
従って音響整合層１０をより薄く製作することが必要と
なるため製作が困難となる。また周波数が高くなると音
響整合層における超音波減衰が大きくなるため超音波送
受波器の送受波感度低下を生じる。
また第５図から送受波感度が６ｄＢ低下するプラスチッ
ク保護膜厚さは約８μｍであり、この膜厚は上記プラス
チックを伝播する超音波の波長の約０．００３倍に相当
する厚さである。上記プラスチック保護膜が８μｍより
厚いときは６ｄＢ以上の送受波感度の低下を生じるか、
プラスチック保護膜を有さない時と同じレベルの受波■
力を得るためには超音波送受波器に印加する送信電圧を
２倍以上に高めることが必要となる。従って送信回路の
電源回路設計が困難となり、また送信回路に使用する回
路素子を高耐圧用素子とすることが必要となるため、送
信回路の高価格化を招く要因となる。
ク保護膜厚さは約８μｍであり、この膜厚は上記プラス
チックを伝播する超音波の波長の約０．００３倍に相当
する厚さである。上記プラスチック保護膜が８μｍより
厚いときは６ｄＢ以上の送受波感度の低下を生じるか、
プラスチック保護膜を有さない時と同じレベルの受波■
力を得るためには超音波送受波器に印加する送信電圧を
２倍以上に高めることが必要となる。従って送信回路の
電源回路設計が困難となり、また送信回路に使用する回
路素子を高耐圧用素子とすることが必要となるため、送
信回路の高価格化を招く要因となる。
従ってプラスチック保護膜による中心周波数の低下は１
０％以下におさえることが望ましいが、このためにはプ
ラスチック保護膜の厚さを、プラスチック中を伝播する
超音波の波長の約０．００３倍以下にする必要がある。
０％以下におさえることが望ましいが、このためにはプ
ラスチック保護膜の厚さを、プラスチック中を伝播する
超音波の波長の約０．００３倍以下にする必要がある。
なまＳｌＸ発明の実施例において説明したように召−響
゛）−介層８のに而とプラスチ２．り保護膜１０１’；
Ｉその間にＴ気層が介在しないよう（て密着して張設さ
）１． ／、）ことがＣ安であり整合層８と保護膜１ｏ
の中間に空気１７％： ７が介在する場合は保護膜によ
って送受液式１！ＩＪ：２０ｄＢ以上低下することが実
験的（て確（Ｉｔ〕されている。
゛）−介層８のに而とプラスチ２．り保護膜１０１’；
Ｉその間にＴ気層が介在しないよう（て密着して張設さ
）１． ／、）ことがＣ安であり整合層８と保護膜１ｏ
の中間に空気１７％： ７が介在する場合は保護膜によ
って送受液式１！ＩＪ：２０ｄＢ以上低下することが実
験的（て確（Ｉｔ〕されている。
さらに本発明（でおけるプラスチ１．り保護膜（はポリ
エチレンテレフタレートの他にポリプロピレフ、寸ζリ
イミト等が用いられる。
エチレンテレフタレートの他にポリプロピレフ、寸ζリ
イミト等が用いられる。
発明の効果
１′）、上説明したよう（て本発明の超音波送受波器：
こおいて（１波長の約０．００３倍以下のプラスチック
薄膜を音響整合層の保護膜として整合層表面（で密着し
て張設するため超音波送受波器の感度および中上・周波
数を大きく低下さ゛せることなく整合層を汚れや機械的
損傷から保護することが可能となる。
こおいて（１波長の約０．００３倍以下のプラスチック
薄膜を音響整合層の保護膜として整合層表面（で密着し
て張設するため超音波送受波器の感度および中上・周波
数を大きく低下さ゛せることなく整合層を汚れや機械的
損傷から保護することが可能となる。
第１図、第２図はそれぞれ従来の超音波送受波器の断面
図、第３図は本発明の一実施例における超音波送受波器
にの断面図、第４ズ（１プラスチツク保護膜の１７さを
パラメータとしたときの本発明の７・らテ２りめたプラ
スチック保護膜Ｊワさくで対する不発７１つ送、、２彼
１′・８度ピーク値を小ず図である。 ７ 〒電撮動子、８・−・・音響整合層、９・・・背面
負荷材、１ｏ・ ・プラスチック′呆護膜。 代汀人の氏名 升理士 中 ト？ 敏 男 ほか１名第
１ 図 Ｊ・′５ 竿 ２ 図 鼻 １．１５ 第 ３ し。 、 （ｃＬＢ）
図、第３図は本発明の一実施例における超音波送受波器
にの断面図、第４ズ（１プラスチツク保護膜の１７さを
パラメータとしたときの本発明の７・らテ２りめたプラ
スチック保護膜Ｊワさくで対する不発７１つ送、、２彼
１′・８度ピーク値を小ず図である。 ７ 〒電撮動子、８・−・・音響整合層、９・・・背面
負荷材、１ｏ・ ・プラスチック′呆護膜。 代汀人の氏名 升理士 中 ト？ 敏 男 ほか１名第
１ 図 Ｊ・′５ 竿 ２ 図 鼻 １．１５ 第 ３ し。 、 （ｃＬＢ）
Claims (3)
- （１） Ｉ＋召合音波送受波を行う圧電振動子と、前記
圧電振動子の音波放射面に設けられた音響整合層と、前
記音響整合層の前面に密着して張設された保護膜とを具
備することを特徴とする超音波送受波器。 - （２）保護膜の厚さが、保護膜全伝播する超音波の波長
の約０．００３倍以下であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の超音波送受波器。 - （３）保護膜が、ポリエチレンテレフタレート、ポリプ
ロピレン、ポリイミドのいずれかであること全特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の超音波送受波
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065364A JPS60208199A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065364A JPS60208199A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 超音波送受波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60208199A true JPS60208199A (ja) | 1985-10-19 |
Family
ID=13284829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59065364A Pending JPS60208199A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60208199A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7583563B2 (en) | 2004-04-23 | 2009-09-01 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| CN105268619A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-01-27 | 浙江大学 | 匹配层前端带金属保护膜结构的气体超声波换能器 |
| JPWO2014136221A1 (ja) * | 2013-03-06 | 2017-02-09 | 三菱電機株式会社 | 障害物検知装置 |
-
1984
- 1984-04-02 JP JP59065364A patent/JPS60208199A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7583563B2 (en) | 2004-04-23 | 2009-09-01 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
| JPWO2014136221A1 (ja) * | 2013-03-06 | 2017-02-09 | 三菱電機株式会社 | 障害物検知装置 |
| CN105268619A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-01-27 | 浙江大学 | 匹配层前端带金属保护膜结构的气体超声波换能器 |
| CN105268619B (zh) * | 2015-11-19 | 2017-07-14 | 浙江大学 | 匹配层前端带金属保护膜结构的气体超声波换能器 |
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