JPS642320B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS642320B2 JPS642320B2 JP18755781A JP18755781A JPS642320B2 JP S642320 B2 JPS642320 B2 JP S642320B2 JP 18755781 A JP18755781 A JP 18755781A JP 18755781 A JP18755781 A JP 18755781A JP S642320 B2 JPS642320 B2 JP S642320B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- diaphragm
- case
- bonded piezoelectric
- thin plate
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
- G10K11/025—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators horns for impedance matching
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、尖鋭な指向特性を有し、パルス特性
を改善した超音波送受波器に関するものである。
を改善した超音波送受波器に関するものである。
空気中での超音波の送受波器は、圧電セラミク
スの貼り合せ型圧電素子が多く用いられており、
上記貼り合せ型圧電素子の撓み振動の共振点、反
共振点で使用するように作られている。また、媒
体となる空気の機械的インピーダンスは圧電セラ
ミクスのそれと比して著しく小さいため、貼り合
せ型圧電素子を振動板と結合させて機械的インピ
ーダンスの低下を図つている。
スの貼り合せ型圧電素子が多く用いられており、
上記貼り合せ型圧電素子の撓み振動の共振点、反
共振点で使用するように作られている。また、媒
体となる空気の機械的インピーダンスは圧電セラ
ミクスのそれと比して著しく小さいため、貼り合
せ型圧電素子を振動板と結合させて機械的インピ
ーダンスの低下を図つている。
従来の超音波送受波器の構造を第１図に示す。
これは、貼り合せ型圧電素子１の中心部に結合軸
２を貫通固定し、この結合軸２に振動板３を取付
けるとともに、貼り合せ型圧電素子１の振動の節
部を支持台４の先端に弾性接着剤５をもつて固定
したものであつた。６，６′は端子、７は貼り合
せ型圧電素子等を覆うケース、８はケース７の上
部に形成された透孔に取り付けられた保護用メツ
シユ、９，９′は貼り合せ型圧電素子１と端子６，
６′を電気的に接続しているリード線である。
これは、貼り合せ型圧電素子１の中心部に結合軸
２を貫通固定し、この結合軸２に振動板３を取付
けるとともに、貼り合せ型圧電素子１の振動の節
部を支持台４の先端に弾性接着剤５をもつて固定
したものであつた。６，６′は端子、７は貼り合
せ型圧電素子等を覆うケース、８はケース７の上
部に形成された透孔に取り付けられた保護用メツ
シユ、９，９′は貼り合せ型圧電素子１と端子６，
６′を電気的に接続しているリード線である。
第２図は、上記構造の超音波送受波器のパルス
特性を示したもので、複数個のパルスで駆動した
ときの送信波形である。圧電セラミクスの機械的
Ｑが高いことにより、立上り・立下り時間が遅く
２ミリ秒以上にも及ぶものであつた。
特性を示したもので、複数個のパルスで駆動した
ときの送信波形である。圧電セラミクスの機械的
Ｑが高いことにより、立上り・立下り時間が遅く
２ミリ秒以上にも及ぶものであつた。
たとえば移動物体の距離測定のとき、このよう
な従来の超音波送受波器を用いると、短い時間間
隔で測定情報を得る必要がある場合、立上り・立
下り時間がきわめて長いために、受信信号がピー
ク値になるまでの時間がかかる。あるいは受信信
号が立下る前に次の信号が受信され混信して、正
確な測定情報が得られなかつた。
な従来の超音波送受波器を用いると、短い時間間
隔で測定情報を得る必要がある場合、立上り・立
下り時間がきわめて長いために、受信信号がピー
ク値になるまでの時間がかかる。あるいは受信信
号が立下る前に次の信号が受信され混信して、正
確な測定情報が得られなかつた。
また、送受波を単体の素子で行なわせる場合、
送波させてただちに受信可能な状態になるまで、
かなりの時間を要し、その間、測定情報を得るこ
とはできなかつた。
送波させてただちに受信可能な状態になるまで、
かなりの時間を要し、その間、測定情報を得るこ
とはできなかつた。
さらに測定対象となる物体に対して分解能を上
げようとすると、尖鋭な指向特性が要求される。
尖鋭な指向特性は、公知のように音源の大きさを
増大させ、使用周波数を高くすることにより実現
されるが、使用周波数を高くすると音の減衰は著
しく増大するので、高くすることに限界があり、
音源を大きくする必要がある。
げようとすると、尖鋭な指向特性が要求される。
尖鋭な指向特性は、公知のように音源の大きさを
増大させ、使用周波数を高くすることにより実現
されるが、使用周波数を高くすると音の減衰は著
しく増大するので、高くすることに限界があり、
音源を大きくする必要がある。
圧電セラミクスを用いた超音波送受波器に尖鋭
な指向特性を要求すると、振動板、貼り合せ型圧
電素子および貼り合せ型圧電素子を支持する支持
台が著しく大きくなるという欠点があつた。たと
え大きな振動板を用いても、均一なピストン振動
を実現させることはきわめて困難であり、音源を
大きくする割には概して指向特性は尖鋭にならな
かつた。
な指向特性を要求すると、振動板、貼り合せ型圧
電素子および貼り合せ型圧電素子を支持する支持
台が著しく大きくなるという欠点があつた。たと
え大きな振動板を用いても、均一なピストン振動
を実現させることはきわめて困難であり、音源を
大きくする割には概して指向特性は尖鋭にならな
かつた。
一方、ホーンを用いて指向特性を尖鋭にしよう
とする場合、従来の超音波送受器にホーンを付加
して、機械的Ｑを低下させてパルス特性を改善す
ることは容易に実現できることではなかつた。
とする場合、従来の超音波送受器にホーンを付加
して、機械的Ｑを低下させてパルス特性を改善す
ることは容易に実現できることではなかつた。
そこで、本発明は、貼り合せ型圧電素子の中心
部に振動板を設け、かつ機械的振動を抑制するよ
うに前記振動板の周囲を弾性ゴム等の弾性材でケ
ースに弾性的に固定するとともに、この前方に開
口部を設けた薄板およびホーンを付加して、尖鋭
な指向特性と良好なパルス特性を有する超音波送
受波器を提供するものである。
部に振動板を設け、かつ機械的振動を抑制するよ
うに前記振動板の周囲を弾性ゴム等の弾性材でケ
ースに弾性的に固定するとともに、この前方に開
口部を設けた薄板およびホーンを付加して、尖鋭
な指向特性と良好なパルス特性を有する超音波送
受波器を提供するものである。
以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて説
明する。第３図はこの実施例の断面図である。
明する。第３図はこの実施例の断面図である。
貼り合せ型圧電素子１１の中心部に配した結合
軸１２に金属あるいは樹脂より形成された振動板
１３を取り付ける。前記振動板１３の周辺部は、
機械的振動を抑制するように円環状に形成された
弾性ゴム等の緩衝材２０を介して、円筒状のケー
ス１７の内側面に弾性的に固定されている。ケー
ス１７の底部には吸音材２１が取り付けてある。
振動板１３の前方には、結合軸１２を通過する直
線を中心にした円状の開口部２２と、開口部２２
と同心円周上に設けた他の開口部２２′を有する
薄板２３を設置し、ケース１７と薄板２３を放物
面ホーン２４の喉部に嵌入する。１９，１９′は
貼り合せ型圧電素子１１と端子１６，１６′を電
気的に接続しているリード線である。
軸１２に金属あるいは樹脂より形成された振動板
１３を取り付ける。前記振動板１３の周辺部は、
機械的振動を抑制するように円環状に形成された
弾性ゴム等の緩衝材２０を介して、円筒状のケー
ス１７の内側面に弾性的に固定されている。ケー
ス１７の底部には吸音材２１が取り付けてある。
振動板１３の前方には、結合軸１２を通過する直
線を中心にした円状の開口部２２と、開口部２２
と同心円周上に設けた他の開口部２２′を有する
薄板２３を設置し、ケース１７と薄板２３を放物
面ホーン２４の喉部に嵌入する。１９，１９′は
貼り合せ型圧電素子１１と端子１６，１６′を電
気的に接続しているリード線である。
上記薄板２３の開口部２２，２２′は、貼り合
せ型圧電素子１１の大きさや振動板１３の大き
さ、緩衝材２０の内径等により、形状が変化する
が、その代表的な形状を第４図ないし第１６図に
示す。いずれの図においても、ａは平面図、ｂは
断面図である。
せ型圧電素子１１の大きさや振動板１３の大き
さ、緩衝材２０の内径等により、形状が変化する
が、その代表的な形状を第４図ないし第１６図に
示す。いずれの図においても、ａは平面図、ｂは
断面図である。
次に上記本発明の構造による超音波送受波器の
パルス特性を第１７図に示す。これから明らかな
パルスの立上り・立下り時間は、0.3ミリ秒以下
を示すようになつた。
パルス特性を第１７図に示す。これから明らかな
パルスの立上り・立下り時間は、0.3ミリ秒以下
を示すようになつた。
第１８図は上記緩衝材２０の内径を変化させた
とき、音圧半減角、送波感度および立上り時間の
変化をそれぞれ示している。緩衝材２０の内径の
減少に伴ない立上り時間が減少するが、音圧半減
角は少し増大し、送波感度も減少する。さらに内
径を小さくすると、サイドローブも増大してくる
（図示せず）。したがつて緩衝材２０の内径は、貼
り合せ型圧電素子１１および振動板１３の大きさ
や厚さが決まれば、最適値が存在することがわか
る。なお、貼り合せ型圧電素子１１の直径は9.1
mm、厚さは約0.6mm、振動板１３は底面の直径が
17mm程度のコニカル形、ホーン２４の直径は約55
mm、薄板２３は第７図のもののときの実験値であ
る。
とき、音圧半減角、送波感度および立上り時間の
変化をそれぞれ示している。緩衝材２０の内径の
減少に伴ない立上り時間が減少するが、音圧半減
角は少し増大し、送波感度も減少する。さらに内
径を小さくすると、サイドローブも増大してくる
（図示せず）。したがつて緩衝材２０の内径は、貼
り合せ型圧電素子１１および振動板１３の大きさ
や厚さが決まれば、最適値が存在することがわか
る。なお、貼り合せ型圧電素子１１の直径は9.1
mm、厚さは約0.6mm、振動板１３は底面の直径が
17mm程度のコニカル形、ホーン２４の直径は約55
mm、薄板２３は第７図のもののときの実験値であ
る。
第１９図は、貼り合せ型圧電素子１１の直径が
約9.1mmで、厚さを変化させたとき、音圧半減角、
送波感度、立上り時間および駆動周波数（感度最
大になる周波数）の変化をそれぞれ示している。
貼り合せ型圧電素子１１の厚さを増大するに伴な
い、駆動周波数が高くなり、音圧半減角が小さく
なるが、送波感度は減少し立上り時間も長くな
る。
約9.1mmで、厚さを変化させたとき、音圧半減角、
送波感度、立上り時間および駆動周波数（感度最
大になる周波数）の変化をそれぞれ示している。
貼り合せ型圧電素子１１の厚さを増大するに伴な
い、駆動周波数が高くなり、音圧半減角が小さく
なるが、送波感度は減少し立上り時間も長くな
る。
振動板２３の直径を大きくするにつれて送波感
度は増大するが、立上り時間も長くなるので、用
途に応じてその直径を定めればよい。空間的（た
とえば上下左右で）均一な指向性が必要なとき
は、振動板１３はコニカル形、ラツパ形、おわん
形等がよい。
度は増大するが、立上り時間も長くなるので、用
途に応じてその直径を定めればよい。空間的（た
とえば上下左右で）均一な指向性が必要なとき
は、振動板１３はコニカル形、ラツパ形、おわん
形等がよい。
第２０図ａは、振動板１３の前方に薄板２３を
設置したときの本発明装置の指向特性を示してい
る。同図ｂはその設置前の指向特性を示してい
る。これから本発明によればサイドローブが大き
く減少しているのがわかる。空間的にほぼ均一な
指向特性が得られるようになつた。
設置したときの本発明装置の指向特性を示してい
る。同図ｂはその設置前の指向特性を示してい
る。これから本発明によればサイドローブが大き
く減少しているのがわかる。空間的にほぼ均一な
指向特性が得られるようになつた。
また、ケース１７と薄板２３を一体化すること
により、一層空間的に均一な指向特性が得られる
ようになつたばかりでなく、特性のばらつきが減
少し、組立てが易になり、量産しやすくなつた。
により、一層空間的に均一な指向特性が得られる
ようになつたばかりでなく、特性のばらつきが減
少し、組立てが易になり、量産しやすくなつた。
さらに一体形成したケース１７と薄板２３とを
導電性のものにしてアースに接続すると耐ノイズ
性が向上した。
導電性のものにしてアースに接続すると耐ノイズ
性が向上した。
以上のように本発明によれば、尖鋭な指向特性
と良好なパルス特性を有し、短い時間間隔で正確
な測定情報を得ることが可能となつた。したがつ
て本発明の超音波送受波器は、音波を用いた距離
計等、尖鋭な指向特性が要求される超音波応用計
測にはきわめて有用なものである。
と良好なパルス特性を有し、短い時間間隔で正確
な測定情報を得ることが可能となつた。したがつ
て本発明の超音波送受波器は、音波を用いた距離
計等、尖鋭な指向特性が要求される超音波応用計
測にはきわめて有用なものである。
第１図は従来の超音波送受波器の一例を示す断
面図、第２図はそのパルス特性を示す図である。
第３図は本発明の超音波送受波器の一実施例の断
面図、第４図から第１６図まではその薄板の代表
例の構造を示し、それらの図ａは正面図、同ｂは
断面図、第１７図は本発明の超音波送受波器のパ
ルス特性の一例を示す図、第１８図は本発明の超
音波送受波器の緩衝材の内径と音圧半減角、送波
感度、立上り時間との関係を示す図、第１９図は
同じく貼り合せ型圧電素子の厚さと音圧半減角、
送波感度、立上り時間、駆動周波数との関係を示
す図、第２０図は同じく薄板の効果を示す図であ
る。 １１……貼り合せ型圧電素子、１３……振動
板、１７……ケース、２０……緩衝材、２１……
吸音材、２２，２２′……開口部、２３……薄板、
２４……ホーン。
面図、第２図はそのパルス特性を示す図である。
第３図は本発明の超音波送受波器の一実施例の断
面図、第４図から第１６図まではその薄板の代表
例の構造を示し、それらの図ａは正面図、同ｂは
断面図、第１７図は本発明の超音波送受波器のパ
ルス特性の一例を示す図、第１８図は本発明の超
音波送受波器の緩衝材の内径と音圧半減角、送波
感度、立上り時間との関係を示す図、第１９図は
同じく貼り合せ型圧電素子の厚さと音圧半減角、
送波感度、立上り時間、駆動周波数との関係を示
す図、第２０図は同じく薄板の効果を示す図であ
る。 １１……貼り合せ型圧電素子、１３……振動
板、１７……ケース、２０……緩衝材、２１……
吸音材、２２，２２′……開口部、２３……薄板、
２４……ホーン。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中心部に振動板を設けた貼り合せ型圧電素
子、前記貼り合せ型圧電素子を封入するケース、
前記振動板の周辺部と前記ケースの内側面とに接
触するように取り付けた緩衝材、前記貼り合せ型
圧電素子の前方に設置した開口部を設けた薄板、
および、前記ケースと前記薄板を喉部に封入し固
定するホーンを少なくとも有し、前記緩衝材によ
り前記振動板を前記ケースに弾性的に固定してな
ることを特徴とする超音波送受波器。 ２ 薄板、ケースおよびホーンを一体形成したこ
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。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56187557A JPS5888999A (ja) | 1981-11-20 | 1981-11-20 | 超音波送受波器 |
| US06/439,549 US4607186A (en) | 1981-11-17 | 1982-11-05 | Ultrasonic transducer with a piezoelectric element |
| DE8282110290T DE3272470D1 (en) | 1981-11-17 | 1982-11-08 | Ultrasonic transducer |
| EP82110290A EP0080100B1 (en) | 1981-11-17 | 1982-11-08 | Ultrasonic transducer |
| CA000415697A CA1202112A (en) | 1981-11-17 | 1982-11-16 | Ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56187557A JPS5888999A (ja) | 1981-11-20 | 1981-11-20 | 超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5888999A JPS5888999A (ja) | 1983-05-27 |
| JPS642320B2 true JPS642320B2 (ja) | 1989-01-17 |
Family
ID=16208156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56187557A Granted JPS5888999A (ja) | 1981-11-17 | 1981-11-20 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5888999A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60212097A (ja) * | 1984-04-04 | 1985-10-24 | West Electric Co Ltd | 超音波送受波器 |
| JPH069308U (ja) * | 1992-07-08 | 1994-02-04 | 日東工業株式会社 | 電子機器キャビネット用空気調和装置 |
-
1981
- 1981-11-20 JP JP56187557A patent/JPS5888999A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5888999A (ja) | 1983-05-27 |
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