JPS6321582A

JPS6321582A - 超音波送受波器

Info

Publication number: JPS6321582A
Application number: JP61165838A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yano; 屋野　勉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1988-01-29

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】産業上の利用分野本発明は、空中超音波を送受波し、物体までの距離や存
在位置を非接触によシ計測する超音波センシング装置に
用いられる超音波送受波器に関するものである。

従来の技術最近、空中超音波を送受波する超音波送受波器は、測距
器やロボット用センサなどの分野で盛んに利用されるよ
うになってきた。この超音波送受波器としては、例えば
、特開昭５７−９７８００号公報や、電気関係学会関西
支部連合大会の予稿集、頁Ｓ６５、演題８１２−３ｒ狭
指向特超音波オートフオーカスセンサ」（昭和５７年）
等に記載されているように、貼合わせ型圧電セラミック
振動子、高次モード屈曲コニカルＡ−ｅ振動板、超音波
ビーム整形板及びバラポリツクセンサで構成されている
もの、或は同様な構造を有し、既に超音波セラミックマ
イクロホンとして市販されているもの、例えば松下電子
部品（株）の品番ＥＦＲ−ＯＴＢ４０に２やＥＦＲ−Ｒ
ＡＢ４０に４などが知られている。

以下、第２図を参照しながら従来の超音波送受波器につ
いて説明する。

第２図に示すようにケース１０１内に支持台１０２が設
けられ、この支持台１０２に貼り合わせ型圧電振動子１
０３の振動の節部が弾性接着剤１０４により固定されて
いる。貼り合わせ型圧電振動子１０３の中心部には結合
軸１０５が貫通されて固定され、この結合軸１０５に振
動板１０６が取付けられている。

ケース１０１には端子１０７ａ、１０７ｂが取付けられ
、これらの端子１０７ａ、１０７ｂと貼り合わせ型圧電
振動子１０３がリード線１０８ａ、１０８ｂにより接続
されている。ケース１０１の上部に透孔１０９が形成さ
れ、上部内側に透孔１０９を閉塞するように保護用メツ
シュ１１０が取付けられている。

次に上記従来例の動作について説明する。

貼り合わせ型圧電振動子１０３に端子１０７ａ、１０７
ｂ、リード線１０８ａ、１０８ｂ　を介して高周波電気
信号を印加すると、貼り合わせ型圧電振動子１０３は屈
曲振動する。振動板１０６はこの振動変位の最大位置に
設置されており、送波感度良く励振される。この振動に
よって発生した超音波は、保護用メツシー１１０を透過
し、対象物で反射され、再び貼り合わせ型圧電振動子１
０３で受波され、高周波電気信号に変換される。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記従来の超音波送受器では、振動子１
０３がバイモルフ構造になっているため、そのパルス応
答波形は悪く、一般に立上り、立下シが数百マイクロ秒
以上である。この立上り、立下り特性を改善する方法も
いくつか知られているが、貼り合わせ型振動子１０３を
用いた場合は、１００マイクロ秒以下にすることは困難
である。従って、１つの超音波送受波器で超音波の送信
と受信を行う場合、送信信号の尾引きが長いだめ、超音
波送受波器から数α以下の近接領域にある測定物までの
距離計測を行うことは不可能であった・この近接領域を
測定する超音波送受波器として、最近ミ曲面状板ガラス
、例えば自動車用窓ガラスの変形状態を測定距離精度、
±０．２朋程度で計測することが要望されている。この
ため、検査型に複数の超音波送受波器を配列し、超音波
送受器の位置を固定し、これを基準として、ガラス表面
までの距離測定に用いたいという要求が高まってきた。

この測定条件において、測定時に時々生じるガラスの破
損に対して測定用センサが破損されず、しかもその後に
おいても十分所用できることが要望されている。このよ
うな要望に対し、上記従来の超音波送受波器では、立上
り、立下り特性の悪さ及び近接域での計測が困難という
点で、測定距離精度が悪く、使用することができなかっ
た。

この近接域で計測するための超音波送受波器として、本
発明者らは先に特願昭５８−４４９４７号や特願昭６０
−１０１５７号に示すように超音波振動子として圧電振
動子の前面に音響整合層を設けたものを使用し、さらに
背面に超音波吸収体を設けた構成を提案している。しか
し、この超音波送受波器では、超音波の放射面に設けた
音響整合層の硬度が極めて小さく、例えばガラスの小片
などの異物が落下しても簡単に変形し、超音波送受波器
の特性を劣化させる。このように異物の落下などによる
音響整合層の変形防止のために従来の超音波送受波器に
用いた保護用メツシーの使用が考えられる。しかし、従
来用いていた保護用メツシュ１１０は貼り合わせ型圧電
振動子１０３と共にケース１０１内に固定されていた。

このように検査型内に取付けられ、保護用メツシュと圧
電振動子が一体化された超音波送受波器では、保護用メ
ツシュ上に落下したガラス小片などの異物を取り除くこ
とが困難であると同時に、保護用メツシュの隙間を通過
して蓄積されるほこり、ごみなどの除去が困難であり、
長時間の使用により超音波送受波器の特性劣化が生じる
という問題があった。特に音響整合層を有する場合には
、音響整合層上に積ったほこり、ごみは音響インピーダ
ンスを増加させ、特性劣化が生じ易い。

そこで、本発明は、従来技術の以上のような問題点を解
決するものであり、特に近接域での計測に適し、ガラス
小片などの異物が超音波振動子に衝突するのを防止する
ことができ、超音波振動子に積もったほこりなどを簡単
に除去することができ、従って特性劣化を防止すること
ができ、高精度に測定することができるようにした超音
波送受波器を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、筐体と、この筐体内に収納された超音波振動子と
、上記筐体内で上記超音波振動子の前面側に取外し可能
に設けられた保護用網とを具備したものである。

作用上記技術的手段による作用は次のようになる０すなわち
、保護用網により被検査体であるガラスの破損による小
片などの異物の超音波振動子への衝突を防止することが
でき、また保護用網を筐体より取外すことにより保護用
網上に落下したガラスの小片などの異物や、超音波振動
子上に付着したごみやほこシなどを容易に除去すること
ができ、特性劣化を防止することができる〇実施例以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す超音波送受波器の断面
図である。第１図に示すように筒状で前面が開放された
筐体１内に圧電振動子２が設けられ、この圧電振動子２
は例えばＩ　Ｍｌ（Ｚ近傍に共振周波数を有するような
圧電セラミックなどにより構成されている。筐体１内で
圧電振動子２の前面には音響整合層３が接着等の手段に
より設けられて超音波振動子を構成している。この音響
整合層３は多孔性ポリオレフィン樹脂やシリコーンゴム
のような音響インピーダンスの小さい材料で、１層、あ
るいは２層に形成されている。筺体１内で圧電振動子２
の背面には背面負荷材４が設けられ、この背面負荷材４
はフェライトゴムなどにより形成されている。本実施例
は圧電振動子２、音響整合層３及び背面負荷材４を有し
た例であシ、この背面負荷材４を介して圧電振動子２及
び音響整合層３が筐体１に固定されている。筐体１の内
周には音響整合層３の前面外周において位置決め用の突
起５が設けられている。筐体１内には音響整合層３の前
面側において保護用網６が設けられる。

この保護用網６は真ちゅう、ステンレス等の金属製の細
線よりなシ、その周縁部に筒体７が突設され、保護用網
６及び筒体７の外径は筐体１の内径よシやや小径となる
ように形成されている。そしてこの保護用網６及び筒体
７が筐体１内に取外し可能に挿入され、筒体７が突起５
に当接され、保護用網６が圧電振動子２及び音響整合層
３からなる超音波振動子の前面から一定の距離になるよ
うに位置決めされている。なお圧電振動子２にはリード
線８ａ、８ｂが接続されている。

次に上記実施例の動作について説明する。圧電撮動子２
にリード線６ａ１６ｂを介して約Ｉ　ＭＨ２の正弦波周
波の高周波パルス信号を印加する。この電気信号は圧電
振動子２により超音波信号に変換される。このとき、音
響整合層３、背面負荷材４を有するため、立上シ、立下
シ時間が１０〜２０マイクロ秒程度の極めて短い超音波
パルスを感度よく送受信することができる。そして超音
波振動子からの超音波パルスは保護用網６を透過し、例
えば被検体であるガラス表面に到達する・このガラス表
面で反射した超音波は再び圧電振動子２で受信され、電
気信号に変換される。この送信と受信の経過時間から、
超音波振動子とガラスまでの距離を計測することができ
る。このとき、上記のように短い超音波パルスの送受信
が可能であるため、２〜３ｃｒｎの距離を±０．１簡の
精度で測定することが可能になる。

このような測定作業に際し、超音波振動子の上部から落
下するガラス小片などの異物は、殆んど保護網６で阻止
し、超音波振動子を構成する音響整合層３を保護し、音
響整合層３が変形するのを防止することができる。また
超音波振動子の前面にある保護用網６は筐体１の内径よ
り小さいため、筐体１外に取り外すことが可能である。

従って保護用網６上に落下して捕捉されたガラス小片な
どの異物、あるいは保護用網６の網目を通して音響整合
層３上に積もったほこυ、ごみや極めて小さいガラス小
片などは保護用網６を筐体１外に取り外すことによって
容易に除去することが可能になる。これによシ特性劣化
を防止することができる。

試験の結果、保護用網６の網目の大きさは音響整合層３
を破損しないガラス小片などの異物のサイズ及び超音波
送受波器の感度を劣化させないという点から０．ＩＸｏ
、１〜ｌ　Ｘ１ｍの範囲が望ましい。また保護用網６は
超音波振動子面に近い程、保護用網６からの反射波の影
響が少なく、５順より遠くなると保護用網６からの多重
反射を含める反射波の影響が問題になることが分った。

従って保護用網６は超音波振動子の前面より５順以内の
距離に設けるのが望ましい。

なお、保護用網２を筐体１外に取り外し易いように保護
用網６の外周部に把持用の紐などを取付けてもよい。

発明の効果以上述べたように本発明によれば、筐体内に超音波振動
子を設け、筐体内に超音波振動子の前面側において保護
用網を取外し可能に設けているので、果物の衝突等によ
る超音波振動子の破損を防止することができ、しかも特
性劣化を防止することができる。また保護用網に捕捉さ
れたガラス小片などの異物や超音波振動子上に積もった
異物やほこシなどを容易に除去することができ、特性劣
化を防止することができる。従って高精度に計測するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波送受波器の断
面図、第２図は従来の超音波送受波器の断面図である。１・・・筐体、２・・・圧電振動子、３・・・音響整合
層、４・・・背面負荷材、６・・・保護用網。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）筐体と、この筐体内に収納され、超音波を送受波
する超音波振動子と、上記筐体内で、上記超音波振動子
の前面側に取外し可能に設けられた保護用網とを具備し
たことを特徴とする超音波送受波器。
（２）保護用網が金属製で、網目の大きさが０．１×０
．１〜１×１ｍｍである特許請求の範囲第１項記載の超
音波送受波器。
（３）保護用網が超音波振動子の前面から５ｍｍ以内の
距離に設けられている特許請求の範囲第１項記載の超音
波送受波器。
（４）超音波振動子が圧電振動子と音響整合層から構成
されてい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。