专利摘要:

公开号:WO1983002709A1
申请号:PCT/JP1980/000104
申请日:1980-05-14
公开日:1983-08-04
发明作者:Yoshiharu Taniguchi;Masanori Akiyama;Osamu Kinoshita
申请人:Yoshiharu Taniguchi;Masanori Akiyama;Osamu Kinoshita;
IPC主号:B06B1-00
专利说明:
[0001] 明 細 書
[0002] 1 発明の名称 超音波 ト ラ ンスデュ一サ一 . 2 発明の詳細 る説明
[0003] ,. 本発明は超音波ト ラ ンスデューサ一に関するものである。
[0004] 従来から超音波帯域の ト ラ ンスデューサ一と しては多くのものが知 られてお ] 、 それ等のものは 2枚のセラ ミ ック ·板を接合したるもの或 は、 1枚の板を 2枚のセ ラ ミ ッ ク板でサン ドウ イ ツ チ状に張 ]9合せた るもの等が主 ¾るものでこれ等のものは総て本発明に関する ト ランス デューサ一よ ] も受波感度にして約 6 も劣る。
[0005] 特に本発明の ト ラ ン スデューサ一は、 その中心周波数が 〜 38KHZ 帯域において従来のバイモル フ型のト ラ ン スデューサ一よ ] も顕著 る特性を発攆する事が出来る。
[0006] 以下本発明の内容を追図し乍ら詳記する。
[0007] 中心周波数については種々の点に就いて実験したが本文では25 KHz と選定して記述する。
[0008] セラ ミ ックエレメ ン ト と、 その径 1よ 大 る共振板の材質と して 金属アル ミを採用した。
[0009] 金属アル ミ以外の材質を選ぶ事は、 その ト ラ ンスデューサ一の設計 条件に依って自由である。
[0010] 例えば、 半溶融アル ミ ナ或はニスパン の如き恒弹性鋼を使用して温 度特性の安定したものを作成する等である。
[0011] さて、 加工が極めて安易 る金属アルミ板の径^と してそれ等の比 を、 橫軸に取 製造上並に特性上のメ リ ッ トを縦軸と したる場 合の関係を第 1図に示す如く エ レメ ン トの径 1と、 共振板の径 の比 1 が とるると、 共振母体の共振周波数を低くする為にはセ ラ ミ ックエ レメ ン トの^を大き くせねばならるい力;、 小型化の要求される ひ ! -ί 電子部品の趨勢に反するものと 価値が く ¾ 換言するとメ リ ツ トが低下する事に る。
[0012] 2く R となると、 励振体であるセ ラ ミ ッ クエレメ ン トの負荷に対す る被励振体の大きさが過負荷と る為、 完成品と ったト ラ ンスデュ ーサ一の特性が劣化して使用に供し得る く るる。
[0013] 次に第 2図に示す如く セ ラ ミ ッ ク ヱ レメ ン ト の厚み ΐ,と共振板の厚 み^の比 が 0 . 25 よ 小 る場合は共振板が異常に薄く る為に共振板自体が局部的に異常振動を発する為に電気的るる特性と しては、 スプリ了 ス現象が発生して目的の超音波ト ラン スデューサ一 を得る事は出来なく なる。
[0014] Rt >^ . oなる場合に いては、 目的の周波数帯域に振動母体の共振 周波数を適合する為には、 セ'ラ ミ ック自体が薄くなる為に一般的るる 粉末の加圧成型方法に依る成型作用が困難となる為に製品のバラ付き 等を生じやすく なる。
[0015] 更に、 エレメ ン ト が極めて薄く る為に、 励振電圧を高くする事が 不可能となる為に大出力を発する超音波ト ランスデューサーをス ピ一 カーとして使用に支障を発じ、 使用範囲が制限を受ける事と ¾る。 用途がレシーバ用と限定される場合は、 今少し大き ぐ 5 . 0でも使用 に供するが何分にもセラ ミ ックエ レメ ン トが薄く 機械的 ¾る強度 の低化は回避出来ない。
[0016] 次に超音波振動の空中放射具は、 その断面図を第 3図 aに示す如く 従来の単純なる円凝形状ではその ト ラ ンスデュ一サ一の特性が第 4図 a 曲線で示す如く低レベルで且帯域幅が狭く多チャンネル信号を要求 する市場には不適合であった。
[0017] この為に市場の要求である広帯域 るものを得るベぐ種々の型状に ついて研究した結果、 開孔部の先端 が 型である事が放射具内部で o.vri の振動の反射を くする為に望しく且、 接合部32に至る間が直線的 ¾ るものよ ] も、 非直線的で第 3図 の如き断面を有するものが広带域 特性を有する事も判った。
[0018] 更に、 高感度なる特性を得る為には c図の如き ものが良好である事 が判った。
[0019] それぞれの電気的るる特性は、 第 4図 ¾ , c , 曲線の通 従来の単 る漏斗状(円凝型)放射具を用いたる ト ラ ン スデューサ一の特性曲 線 a とは比較にならない秀れたるものと ¾つた。
[0020] 従来は、 絶縁性のベース盤上に第 5図 aに示す如く、 放射状に支持 部を複数個設けたるのが常であった。
[0021] この方法ではベース盤の一部と、 振動体が機械的に接触する事を完 全に防止する事は出来 かった。
[0022] この為に特性の劣化或はバラ付き等の原因がこの行程で発生する。 次に本発明では絶縁性の材質からるるべ一ス盤 51の一部にその径が 上述のセ ラ ミ ックエ レメ ン ト と共振板を接合したものに放射具を装着 したる振動体の節環の径と概ね一致させた接着剤の充^部53を設け、 その部分に充分 接着剤を充 ϊ したる状態で被接着物である振動体 5 を塔载する。 '
[0023] この場合、 接着剤52を均一に充¾ 部に充碌したる状態で被接着物で ある振動体54を静かに乗せ治具等で固定し、 接着剤の硬化(一般には シリ コ ン系の弾性接着剤のキュア一) を完了するるらば被接着物並に 接着剤の充¾|部と基盤と、 接着剤で構成された空気室55内の空気が作 用して、 被接着物 と、 基盤上の接着剤の充 部が直接機械的に接合 しるい為に電気的 る特性の安定且、 高感度化が望めた。
[0024] 更に詳述する らば上述の空気室55の高さ Hは接着剤52を、 接着剤 充鎮部53に充 した場合の高さ H + Δ Ηに内部の空気圧の関係上影響
[0025] , - ' -'、' - · '' ϋ 1 ΟΛΙΡ1 力;ある力; 0 · 3 /m .〜 3 /mで充分である。
[0026] この状態を拡大して同図 cに示した如く、 接着剤52を充¾|台53に充 した状態(図面上は点線で示した )から被接着物である振動体 を 接着剤の上に塔載して輊く加圧して初期の高さから 分を沈ませて 空気室の圧力を高めた状態で接着剤をキュア一させる。
[0027] この結果、 振動体54は直接接着剤の充壤台53に接触し いので機械 的なる振動に支障を起す事が く極めて優れたる特性を有する超音波 ト ラン スデューサーを本発明に依って得る事が可能と ¾つた。
[0028] 次に頭部でネッ ト を支え脚部に上述のベース盤 を 合する非円 等型のスト ツバ一62を用意する。
[0029] 次にこれ等の部品を収納する為に用いるハウヂン グである力;、 従来 の如く中心軸上の特性レベルが他の指向角を有する場合のレベルと比 較して、 高いもの は使用範囲が限定される。 '
[0030] 即ち、 超音波ト ランスデュ一サ一が他の赤外線卜 ランスデューサ一 等と比較して優れる点は指向角度が広い点にある。
[0031] この特徵を従来のハ ゥヂングでは充分に生かす事る く中心軸上のレ ベルを重要視していた。
[0032] 又従来のト ラ ンスデューサ一の特性レベルそのものが低かった為に 中心戟上のみを対象とせねば ¾らるかった。
[0033] 然し乍ら本発明の ト ラ ンスデューサ一は、 振動母体を過去に本発明 者等が考案したる手段(出願昭和 5年( 1 9 ? 0 ) 9月 日実用新案 出願公告昭和∞年一 1 6 5 7 8号) をベースに改善を加えたる も ので 極めて高感度である故に中心軸上の特性を犠牲にするも猶且高い べ ルである為にハゥヂングの頭部にデレクタ一( : DIREC T OR ) を設け、 第 図に ffi線72で見られる如く極めて広角度に渡ってレベルが得られ る o
[0034] ...し こ Λひ- G.VVPI 具体的には、 第 8図にその一例を断面図で示す o 一般的なる従来の ト ラ ン スデューサ一のハウヂングは、 本体の径と その頭部の開口径との比は高々 1 : 0.75 〜 0.9であるが、 その比が 0.75 以下ではその頭部にディ レクタ一 S1を設けた状態とるる。
[0035] 換言すると、 上記の径の比を 0.63 と設定して本体径が 24.0 mZm のノ、ゥヂングについて者えて見ると 0.75 X 24.0 m =18.00 m m 0.63 χ 24.0 m/ =15.12 m/m 夕 径カ S 18.00 ny/m で内径力;
[0036] 15.12 m/m のディ レクター S1をハゥヂング∞の頭部に装着させた結 果と一致する。
[0037] さて、 ハウヂングの構造は第 8図にその一例を示している如く、 極 めて数値的には小さい値ではあるが、 頭部径 Rnを腹部径1^よ j も細く してテーパーを設けると、 ト ラ ン スデュ一サ一を装置に装着せしめる 場合にス ムーズに揷入が出来揷入完了後の安定性も良好である。
[0038] 猶ハゥヂングの脚部82に段を付ける事もあるが単価高と る点を除 いては、 '同 図に示すものと大幅な電気特性の変化はるい。
[0039] 最後に第 9図 aに示す如き金属性のベース盤の支持板91を装着させ てハウヂングの脚部全周を力シメた後絶縁盤に植立された端子92と支 持板を半田付けして完成する。
[0040] ハウヂングの径が小さい場合は、 同図 " bの如き構成される事も 自由 で ¾>る。
[0041] 上述の本発明の詳細を使用周波数帯域が2527 KHzの超音波 ト ラン スデュ—サ—について具体的るる数値をもって記述する。
[0042] 先ずセ ラ ミ ックエ レ メ ン トは、 ( Zr 0.525 + Ti 0.475 ) 0 ^ を母体とする酸化物にリ チューム Li^O 等の添加物を加えたる組成物 を、 一般のセ ラ ミ ック製造行程に基いて、 直径が 9.5 で厚みが
[0043] 0.3 m/m の円板状のセラ ミ ックを作成した。
[0044] ·: ;.. Pi ν; , -Ρ0 ノ 次にこのセ ラ ミ つ、 ク円板の両面に銀電極を焼き付け、 更に 1,800 V の直流電圧を印加して分極処理を行いセ ラ ミ ックエレメン ト と 2本の リ一ド線 11を半田付けをした。
[0045] —方、 共振板と しては O.SmZm厚の金属アルミの板を直径 IS.5m/ mに打ち抜き、 同時に半田の治る空間 10を設けて準備した。
[0046] 次に放射具と して、 可聴帯域のスピ一カーの振動板( コーン )の如 き 丫型で開口径は 10.5 m/m ある。
[0047] これ等上記の三点を第 10図に断面図を示す如く セ ラ ミ ッ ク エレメ ン ト と、 共振板 を同心円状に接合し次に放射具を共振板に接着して 振動体を構成する。
[0048] 次に 2本の端子を植立した直径が mZin の絶籙物質から構成され るべ一ス盤の接着剤充壞部に、 キュア一後も弹性を有する接着剤を全 周に均一に充 した上に、 上述の振 »体を円心円状に塔載した状態で 接着剤を硬化させ次にリ一ド線 11をそれぞれ端子92に接続し半田付け を行う。 - リ一ド線のそれぞれの両端部にはシリ コン等から る接着剤をリ一 ド線 11の固有振動に依る雑音を防止する為に塗布する。
[0049] ス ト ッパーは、 長さ 15mZm,胴体部の直径 22.5 m/m で頭部の開口 径は 21.0 m/m と し、 一方脚部は絶緣性ベース盤の肩の部分に 合す るべく 16.5 m//m と した。
[0050] ハゥヂングと して胴体部の径を 23.7 , 先端部並に脚部(段付 きの部分を除く )径を 23.6 m/E! 〜 23.8 mZmとそれぞれ 0.1 mZm のテーパーを付け頭部には、 15 m/Zm 開孔のディ レクターを付けた。 猶従来のト ランスデューサ一の設計即ち、 中心軸上のレベルが他の 角度のレベル よ も高いものと した場合は、 l9.5 mZmの天井開口孔 とする必要がある O
[0051] O PI 次に SOメ ッシュのネッ トを打ち抜きに依って 22 . 3 m m径の円板と して準備したものを、 ディ レクタ一の内部よ 込み上述のス ト ッパ 一並に絶縁性べ一ス盤をハゥヂングに 2個の端子孔を有する金属性の 支持板 を脚部に教合する。
[0052] 更に植立された端子の内の 1本と電磁シール ドの為に支持板を半田 付けし最後にハウヂングの脚部の全周をカシメて第 10図 aでその分解 図を、 又組立て図を で示した。
[0053] 本発明の ト.ラ ン スデューサ一の特性は、 第 ϋ図に示す如く極めて良 好 ¾る特性を有するものであると判断する事が出来る。
[0054] 本発明の説明は、 円型の振動体を対象と して記述したが多角型或は ダ円型の場合にもその特徵が発揮出来る事は記述するまでも い。 本発明の超音波 ト ラ ン スデューサ一は、 高感度である為に広分野で の利用が見込め工業的 ¾る価値は極めて有望である。
[0055] 3 . 図面の簡単るる説明
[0056] 第 1図及び第 2図は、 本発明のセラ ミ ッ クエレメ ン ト と共振板の直 径の関係と厚みの関係をそれぞれ示している。
[0057] 第 3図及び第 4図は、 放射具の断面図とその電気的な特性で aは従 来のもの、 , c , は本発明に係るものである。
[0058] 第 5図は絶縁性べ一ス盤を示すもので aは従来型で、 , c , は本 発明のそれである。
[0059] 第 6図は本発明のス ト ッパーの構成を断面図で示したものである。 第 7図は指向特性を示すもので、 番は従来の?2番は本発明の特性 レベルを示している c
[0060] 第 8図は本発明の代表的 ¾ハウヂング 2種類を断面図 a , ¾ , でそ れぞれ示した。
[0061] 第 9図 a , ¾ , は支持板の使用がハウヂングの大きさに依って相違
[0062] OMPI する事を断面図で示すものである。
[0063] 第 10図は本発明の ト ラ ン スデューサ一の分解図 a とその組立て図 を斜視図と断面図でそれぞれ示している。
[0064] 第:□·図は本発明の超音波ト ランスデューサ一の中心周波数帯域を 〜 KHz と したる場合の指向特性を示すものである o
权利要求:
Claims

. 請 求 の 範 囲
セ ラ ミ ックエレメ ン トを、 その直径よ 大 る共振板と接合して構 成される振動母体に、 開孔径が振動体との接合部の径よ 大きい放射 具を接合した振動体の共振時における節環部を、 絶緣性ベース盤の支 持部にキュア一後も弾力性を有する接着剤で接着固定し、' 且、 予め絶 緣盤上に植立された端子と、 振動母体に用意されたリ―ド線を接続し 更にその上にリード線の固有共振を防止する為の処置と してシ リ コ ン 性の共振防止剤を塗布する。
上記の絶縁性ベース盤を非円筒状ス ト ッパーの一端部に 合させて 頭部にディ レク ター ( DIREC TOR ) を有し且、 テーパーを有するネッ ト付ハゥヂングに揷入し、 支持板を覆せ上記ハゥヂングの端部を欽め 支持板と上記端子の内の一本を電気的に接合せしめたる事を特徵とす る超音波ト ラ ンスデューサ一。
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
1983-08-04| AK| Designated states|Designated state(s): US |
优先权:
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