JPS6324799A - 空中超音波トランスジユ−サ - Google Patents

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） 本発明は圧電振動子を使用した空中超音波トランスジュ
ーサに関する。

（従来技術） 一般に、空中超音波トランスジューサはコンベアライン
上を流れる製品の位置検出センサや自動車のバックセン
サ、あるいはカメラの焦点検出等種々の分野に利用され
ている。

従来、この種の空中超音波トランスジューサとしては、
圧電振動子の広がり振動モードを利用した数１００ＫＨ
ｚないし数ＭＨｚの周波数帯で使用されるものがある。

第４図および第５図に夫々このような空中超音波トラン
スジューサの２つの例の縦断面を示す。

第４図の空中超音波トランスジューサは、円形の圧電基
板１が広がり振動を行なう圧電振動子２の一方の主面に
、この圧電振動子２の振動の空中への放射率を高めるた
めの１／４波長音響整合層３が接着され、この１／４波
長音響整合層３の周縁部に、上記圧電振動子２を取り四
〇ように、リング状の支持部材４を接合し、この支持部
材４にて全体を支持してなるオープンタイプのものであ
る。上記圧電振動子２はその圧電基板１の対向する両生
表面に電極５ぢよび６か形成され、これら電極５および
６から夫々リード線７および８が引き出されてなるもの
である。

一方、第５図の空中超音波トランスジューサは、有底の
樹脂ケース１１の内底面の中央部に、第４図と同様の圧
電振動子２を接着し、この樹脂ケース１１の蓋部材１２
に設けられた端子１３および１４に夫々圧電振動子２の
リード線７および８を半田付けした樹脂ケースタイプの
ものである。この樹脂ケースタイプの空中超音波トラン
スジューサては、樹脂ケース１１がこの空中超音波トラ
ンスジューサの１／４波長音響整合層として機能してい
る。

ところで、第４図のようなオープンタイプの空中超音波
トランスジューサでは、圧電振動子２が露出しているの
で、空気中に多数のチリやホコリが浮遊していたり、湿
度が高い等の過酷な条件下では信頼性が低下し、使用不
能になるという問題があった。

また、第５図のような樹脂ケースタイプのものでは、圧
電振動子２の圧電基板１が広がり振動すると樹脂ケース
１１ら共振し、超音波が発射された後も樹脂ケース１１
の振動が続く。この振動は圧電振動子２により送信リン
ギングとしてキャッチされる。このため、第５図の空中
超音波トランスジューサにより近距離にある物体の位置
測定を行なう場合、上記空中超音波トランスジユーサが
ら発射された超音波が上記物体に当たって反射し、再び
、上記空中超音波トランスジューサに戻って上記物体か
らの反射波として受信される時点においても、上記送信
リンギングが持続していると、上記物体からの反射信号
が上記送信リンギングに埋もれてしまい、近距離にある
物体の位置検出ができないという問題があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、物体の検出距離範囲が広く、構造が簡
単で信頼性が高い空中超音波トランスジューサを提供す
ることである。

（発明の構成） このため、本発明は、一端開口状の金属ケースの一端開
口部に圧電振動子が固定されてなるｌ／４波長音響整合
層がその周縁部にて接合固定され、上記金属ケースの１
／４波長音響整合層との接合面からそれに対向する上記
金属ケースの他端面までの寸法りと上記圧電振動子の直
径Ｗとの比ｔ　／　Ｗが０．１＜ｔ／ｗ＜０．７である
ことを特徴としている。

上記比ｔ　／　ｗが０１と０．７の間の値を取るように
、上記寸法りと上記直径Ｗを設定すれば、送信リンギン
グのレベルが抑えられ、近距離まで物体の位置を検出で
きるようになる。

（発明の効果） 本発明によれば、短時間で送信リンギングのレベルが小
さくなるように金属ケースの寸法および圧電振動子の直
径を設定するようにしたから、近距離にある物体からの
反射波が送信リンギングに埋られることがなく、従って
、近距離にある物体も高いＳ／Ｎ比で検出することがで
きる。また、本発明によれば、金属ケースは一端開口状
のもので、１／４波長波長音響板により圧電振動子か金
属ケース内に密閉されるので、厳しい環境条件下におい
てら使用することのできる信頼性の高い空中超音波トラ
ンスジューサを得ることができろ。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明に係る空中超音波トランスジューサの一実施例の
縦断面図および斜視図を夫々第１図および第２図に示す
。

上記空中超音波トランスジューサは、圧電基板２１の広
がり振動モードを利用する圧電振動子２２と、この圧電
振動子２２の上記圧電基板２１の広がり振動の空中への
放射率を高めろための１／・１波長音響整合層２３と、
一端開口状の金属ケース２４とからなる。

上記圧電振動子２２は直径がＷの円形の圧電基板２１の
対向する両生表面に夫々電極２５および２６を形成した
ちのである。上記圧電振動子２２は、その電極２５側に
て、【／４波長音響整合層２３の一つの主表面のほぼ中
央部に接着剤（図示せず、、）により接着される。

一方、上記１／４波長音響整合層２３は、たとえばエポ
キシ樹脂に直径が１０〜２００μｍの中空のガラス玉を
混入し、直径がφ（）Ｗ）で厚さかＸの円板状に成形し
たもので、その固有音響インピーダンスは、Ｚ＝０．１
ｘｌＯ’　〜２．５ｘｌＯ’に９／灰２・Ｓである。上
記１／４波長音響整合層２３は、金属ケース２４の開口
部２４ａに嵌入される。

上記金属ケース２４は、アルミニウム、真ちゅうもしく
はステンレス等の金属材料からなる。上記金属ケース２
４の開口部２４ａは、その内部に嵌入される上記１／４
波長音響整合層２３の外周面との間にｇのギャップが形
成されるように、（φ＋２９）の内径を有する。また、
上記金属ケース２４の開口部２４ａの幅は上記１／４波
長音響整合層２３の厚さＸと等しいか、やや大きくなっ
ており、この開口部２４ａを取り囲む壁２４ｂが上記１
／４波長音響整合層２３の保護用ガードとして機能して
いる。

上記開口部２４ａに続く金属ケース２４の内部２４ｃの
内径は、圧電振動子２２の径冑よりもやや大きく設定さ
れる。すなわち、上記内部２４ｃを取り囲む金属ケース
２４の側壁２４ｄの厚みｙは、この側壁２４ｄが圧電振
動子２２に接触しない範囲内の値に設定される。

このような金属ケース２４内の寸法設定により、金属ケ
ース２４の内部２４ｃと開口部２４ａとの間に段部２４
ｅが形成され、この段部２４ｅに、上記開口部２４ａに
圧電振動子２２を金属ケース２４の内側に向けて嵌入さ
れた１／４波長音響整合層２３の周縁部か接着され、固
定される。

上記圧電振動子２２の電極２５および２６には夫々リー
ド線２７および２８が接続され、これらリード線２７お
よび２８は、金属ケース２４内にて、その底部を貫通す
る端子３１および３２に夫々半田付けされる。これら端
子３１および３２は、絶縁性を有する樹脂２９により金
属ケース２４の底部を貫通して固定されている。

以上に説明した購成を有する空中超音波トランスジュー
サにおいて、さらに、金属ケース２４の上記段部２４ｅ
から金属ケース２４の外底面までの距離ｔと、圧電振動
子２２の直径宥との比が０．１＜ｔ／ｗ＜０．７ の関係を満足するように、上記距Ｍｔと直径Ｗの値が設
定される。

これは、本願の発明者による上記空中超音波トランスジ
ューサを使用した、送信リンギングに関する、次のよう
な実験の結果に基づくものである。

すなわち、本願の発明者は、ｔ　／　ｗが０．０．２０
゜０．３５，０．５５，０．６２，０．７，０．８２，
０．８６゜１．０，１．０５および１．２０のサンプル
を作り、４０デシヘル降下リンギング時間を測定したと
ころ、第３図において曲線りで示すような結果を得た。

なお、ｔ／ｗ＝０は金寓ケース２４を取り付けない場合
である。この第３図において、横軸はＬ／Ｗであり、縦
軸は４０デシベル降下リンギング時間（ｍｓ）である。

上記第３図において、４０デシベル降下リンギング時間
の最小値は約０　、８　ｍ５ｅｃである。この０．８ｍ
５ｅｃに超音波が進む距離は、音速を３４０　ｍ／　ｓ
ｅｃとすると、３４０ｘＯ，８ＸｌＯ−’４０．２７ｍ
である。従って、このときの最小検出距離は上記０．２
７ｍの１／２．すなわち１３．５ｃｍ程度である。とこ
ろで、上記最小検出距離は上記の１３゜５ｃｍから１５
〜１６ｃｉ程度あれば実用上充分であると考えると、４
０デシベル降下リンギング時間が０．８〜１　、１　ｍ
５ｅｃ程度の値となるようにすればよいことが分かる。

従って、４０デシベル降下リンギング時間が０゜８〜１
　、１　ｍ５ｅｃとなるようにするには、上記比シ／゛
Ｗの値を、第３図から、０ゴく仁／ｗ＜０．７の範囲に
設定すればよいことが分かる。

なお、上記実施例において、ｌ／・１波長音響整合層２
３と金属ケース２４の開口部２・１ａとの間のギャップ
ｇには何ら充填されていない無負荷状聾が理想であるが
、さらに物体の検出距離を小さくしたい場合や機成的強
度を上げたい場合は、上記ギャップｇにシリコンゴムや
エボキン等を充填してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空中超音波トランスジューサの一
実施例の縦断面図、 第２図は第１図の空中超音波トランスジューサの斜視図
、 第３図は第１図の空中超音波トランスジューサの４０デ
シベル降下リンギング時間の測定結果を示す説明図、 第４図および第５図は夫々従来の空中超音波トランスジ
ューサの縦断面図である。 ２Ｉ・・・圧電基板、２２・・圧電振動子、２３　用／
４波長音響整合層、 ２４　・金属ケース（２４ａ・・開口）。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　弁理士　青白　葆　ほか２名 ＠３図 ｔ／ｗ 第４図 第５巳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）円形の圧電基板の広がり振動モードを利用する圧
   電振動子と、 この圧電振動子が一つの主表面のほぼ中央部に密着して
   固定される平板状の１／４波長音響整合層と、 この１／４波長音響整合層が上記圧電振動子を内側にし
   て上記一つの主面の周縁部にて一端開口部に固定される
   一端開口状の金属ケースとからなり、 この金属ケースの上記１／４波長音響整合層との接合面
   からそれに対向する上記金属ケースの他端面までの寸法
   ｔと上記圧電振動子の直径ｗとの比ｔ／ｗが ０．１＜ｔ／ｗ＜０．７ となっていることを特徴とする空中超音波トランスジュ
   ーサ。