(57)【要約】      （修正有）【課題】制振効果と信頼性にすぐれる超音波変換器を提供する。【解決手段】超音波変換器は搭載体１０２、圧電体１０４、第一音響インピーダンス整合層１０８、第二音響インピーダンス整合層１１０、第一制振体１１２及び第二制振体１１４を含み、搭載体が第一表面１０２ａと第二表面１０２ｂを有し、圧電体が搭載体の第一表面に接触し、第一音響インピーダンス整合層が第三表面１０８ａと第四表面１０８ｂを有し、第三表面が搭載体の第二表面に接触し、第二音響インピーダンス整合層が第一音響インピーダンス整合層の第四表面に接触し、第一制振体が圧電体及び搭載体の第一表面を被覆し、かつ第一制振体と圧電体との間に隙間１１３を有し、第二制振体が第一制振体と搭載体を被覆し、第一音響インピーダンス整合層と第二音響インピーダンス整合層が第二制振体から露出される。【選択図】図１
0003231102.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
超音波変換器であって、
前記超音波変換器は搭載体、圧電体、第一音響インピーダンス整合層、第二音響インピーダンス整合層、第一制振体及び第二制振体を含み、
前記搭載体が当該搭載体を挟んで対向する第一表面と第二表面を有し、
前記圧電体が前記搭載体の前記第一表面に接触し、
前記第一音響インピーダンス整合層が当該第一音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第三表面と第四表面を有し、前記第三表面が前記搭載体の前記第二表面に接触し、かつ、前記第一音響インピーダンス整合層の厚さは、前記超音波変換器が作業周波数で発する超音波が前記第一音響インピーダンス整合層中における波長の1/4より小さく、
前記第二音響インピーダンス整合層が前記第一音響インピーダンス整合層の前記第四表面に接触し、
前記第一制振体が前記圧電体及び前記搭載体の前記第一表面を被覆し、かつ前記第一制振体と前記圧電体との間に隙間を有し、
前記第二制振体が前記第一制振体と前記搭載体を被覆し、かつ、前記第一音響インピーダンス整合層と前記第二音響インピーダンス整合層が前記第二制振体から露出される、超音波変換器。
【請求項２】
前記第一制振体の硬度が前記第二制振体の硬度と等しいかまたは小さい、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項３】
前記第一制振体が、前記圧電体に接触する複数の突起部を有する、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項４】
前記複数の突起部がリブ構造である、請求項3に記載の超音波変換器。
【請求項５】
前記第一制振体の材料は多孔性エラストマーまたは繊維状エラストマーを含み、ケイ素ゲル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタン、エポキシ樹脂、ウッドコーク、ポリエステルファイバー、ウールフェルト、ガラスファイバーまたは発泡ファイバーを含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項６】
前記第二制振体の材料はスチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタンまたはエポキシ樹脂を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項７】
前記搭載体が桶状の搭載体であり、前記圧電体が前記桶状の搭載体の桶内に設置され、
前記第一音響インピーダンス整合層と前記第二音響インピーダンス整合層が前記桶状の搭載体の桶外に設置される、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項８】
前記搭載体が平板搭載体である、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項９】
前記搭載体の材料は金属または非金属を含み、ステンレス、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、ケイ素、ガラス、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーまたはポリエーテルエーテルケトンを含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１０】
前記第一音響インピーダンス整合層に位置し、かつ前記第一音響インピーダンス整合層の厚さを制御するためのメッシュシートまたは粒子をさらに含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１１】
前記第一音響インピーダンス整合層が機高分子材料、または、有機高分子材料と中空若しくは中実の粉体とが混合してなる複合材料を含み、
前記有機高分子材料がエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、紫外線硬化ゲル、ポリウレタンまたはアクリル樹脂を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１２】
前記第二音響インピーダンス整合層が有機高分子材料、または、有機高分子材料と中空若しくは中実の粉体とが混合してなる複合材料を含み、
前記有機高分子材料がエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂またはシアン酸エステル樹脂を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１３】
前記圧電体が中実の四角形、多角形または円形の圧電材料、または多層セラミックス圧電材料、または溝を有する圧電材料を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１４】
超音波変換器であって、
前記超音波変換器は桶状の搭載体、圧電体、第一音響インピーダンス整合層、第二音響インピーダンス整合層、第一制振体と第二制振体を含み、
前記桶状の搭載体が桶底及び桶主体を有し、かつ、前記桶状の搭載体の前記桶底を挟んで対向する第一表面と第二表面、及び前記桶主体を挟んで対向する内表面と外表面を有し、
前記第一音響インピーダンス整合層が前記第一音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第三表面と第四表面を有し、前記第三表面が前記圧電体の表面に接触し、前記第一音響インピーダンス整合層の厚さは前記超音波変換器が作業周波数で発する超音波が前記第一音響インピーダンス整合層中における波長の1/4より小さく、
前記第二音響インピーダンス整合層が前記第二音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第五表面と第六表面を有し、前記第五表面が前記第一音響インピーダンス整合層の前記第四表面に接触し、かつ、前記第六表面が前記桶状の搭載体の前記第一表面に接触し、
前記第一制振体が前記桶状の搭載体の桶内に設置され、かつ前記圧電体を被覆し、前記第一制振体と前記圧電体との間に間隙を有し、
前記第二制振体が前記第一制振体及び前記桶状の搭載体を被覆する、超音波変換器。
【請求項１５】
前記第一制振体の硬度が前記第二制振体の硬度と等しいかまたは小さい、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１６】
前記第一制振体が、前記圧電体に接触する複数の突起部を有する、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１７】
前記第一制振体と前記圧電体の接触面が突出したリブ構造を有する、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１８】
前記第一制振体の材料が多孔性エラストマーまたは繊維状エラストマーを含み、ケイ素ゲル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタン、エポキシ樹脂、ウッドコーク、ポリエステルファイバー、ウールフェルト、ガラスファイバーまたは発泡ファイバーを含む、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１９】
前記第二制振体の材料がスチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタンまたはエポキシ樹脂を含む、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項２０】
前記搭載体の材料が金属または非金属を含み、ステンレス、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、ケイ素、ガラス、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーまたはポリエーテルエーテルケトンを含む、請求項14に記載の超音波変換器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は超音波変換器(ultrasonic  transducer)に関し、特に二層制振体(dual-layered  damping  element)を有する超音波変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波変換器(ultrasonic  transducer)は短距離の物体検出に用いられ、発射された超音波が物体に当たった後反射して戻る時間差に基づいて、超音波変換器と検出対象物体との間の距離を算出することができる。超音波検出において、検出対象物体の種類と性質に対する制限があまりなく、多様な表面色、透明度、硬度の固体、液体または粉体などを含み、全てを超音波変換器で検出することが可能である。従って、超音波変換器は今駐車センサー（parking  sensor)、位置レベル検出(level  sensor)、シート層数検出(multiple  sheet  detection)及び流量検出(flow  meter)などの分野に幅広く利用されている。
【０００３】
超音波変換器の主な構成素子が圧電セラミックスシート(piezoceramics)であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(lead  zirconate  titanate,  PZT)材料で作製されたセラミックスシートであり、その両面に導電層塗布する。作業時に高周波交流電信号を印加すると、圧電セラミックスに高周波振動を発生し、前記高周波振動が音波であり、この音波の周波数が超音波範囲に入った場合、即ち超音波振動である。しかし、発生した超音波が圧電セラミックスから空気中まで伝播されるようにするために、圧電セラミックスの音響インピーダンス(acoustic  impedance)と空気の音響インピーダンスの整合を必ず行う必要がある。
【０００４】
音響インピーダンス(Z)=材料密度(ρ)*超音波音速(C)、圧電セラミックスの音響インピーダンスが約30-35  MRayl（106キログラム/平方メートル・秒）であり、空気の音響インピーダンスが約430  Rayl（キログラム/平方メートル・秒）であり、圧電セラミックスの音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスの差が非常に大きいため、圧電セラミックスで発生した超音波エネルギを空気中まで伝播することができない。そのため、音響インピーダンス整合層(matching  layer)は超音波変換器にとって必要不可欠な部材であり、圧電セラミックスと空気の間に設置され、両者の音響インピーダンスを整合することで、超音波を効率的に空気中まで伝播することができる。空気変換器(air  transducer)の整合層に用いられる音響インピーダンスは、その最適値が√(35M*430)  Rayl、約0.12MRaylであるが、自然界で音響インピーダンスが1  MRaylより低くて耐用性のある材料を見つかるのが難しいため、関連業界では一般的に整合層材料として高分子樹脂と中空のガラス球体とを混合して成なる複合材料を使用し、比較的に低い音響インピーダンス特性を達成するとともに、比較的に優れた耐候性と信頼性が得られる。
【０００５】
超音波変換器は高周波振動を利用して音波を発生させる必要があるため、如何にして超音波変換器の性能及び信頼性を低下させずに、リンギング(ringing)を低減させ、超音波変換器を迅速に静止状態に戻すかが重要課題である。現在、関連業界では超音波変換器の周りに制振体を設置して制振することが多いが、その制振効果及び信頼性をさらに改善する必要がある。
【０００６】
以上の背景技術内容の公開は、本実用新案の考案の構想及び技術法案に対する理解を促すためであり、必ずしも本願の従来技術に属するとは限らず、前記内容が本願出願日の前に既に公開されたことを示す確たる証拠がない場合、前記背景技術は本願の新規性と進歩性の評価に用いられるべきではない。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
本考案は超音波変換器に関し、特に二層制振体を有する超音波変換器に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
読者が本考案の目的について基本的なことを把握できるよう、以下は本考案を簡略的に説明する。この概要は本考案の内容を詳細に総覧するものではなく、本考案のすべての要点や必要素子を示すものでもなければ、本考案の範囲を限定するものでもない。その目的は以下に検討する本考案の詳細内容の一部概念についてまず簡略に紹介することである。
【０００９】
本考案の主な目的の一つは、二層の制振体によって従来の超音波変換器の制振効果及び信頼性を改善する超音波変換器を提供することである。
【００１０】
本考案の目的の一つは搭載体、圧電体、第一音響インピーダンス整合層、第二音響インピーダンス整合層、第一制振体及び第二制振体を含む超音波変換器を提供することであり、前記搭載体が当該搭載体を挟んで対向する第一表面と第二表面を有し、前記圧電体が前記搭載体の前記第一表面に接触し、前記第一音響インピーダンス整合層が当該第一音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第三表面と第四表面を有し、前記第三表面が前記搭載体の前記第二表面に接触し、かつ、前記第一音響インピーダンス整合層の厚さは、前記超音波変換器が作業周波数で発する超音波が前記第一音響インピーダンス整合層中における波長の1/4より小さく、前記第二音響インピーダンス整合層が前記第一音響インピーダンス整合層の前記第四表面に接触し、前記第一制振体が前記圧電体及び前記搭載体の前記第一表面を被覆し、かつ前記第一制振体と前記圧電体との間に隙間を有し、前記第二制振体が前記第一制振体と前記搭載体を被覆し、かつ、前記第一音響インピーダンス整合層と前記第二音響インピーダンス整合層が前記第二制振体から露出される。
【００１１】
本考案の別の目的は、桶状の搭載体、圧電体、第一音響インピーダンス整合層、第二音響インピーダンス整合層、第一制振体と第二制振体を含む超音波変換器を提供することであり、前記桶状の搭載体が桶底及び桶主体を有し、かつ前記桶状の搭載体の前記桶底を挟んで対向する第一表面と第二表面を有し、及び前記桶主体を挟んで対向する内表面と外表面を有し、前記第一音響インピーダンス整合層が前記第一音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第三表面と第四表面を有し、前記第三表面が前記圧電体の表面に接触し、前記第一音響インピーダンス整合層の厚さは、前記超音波変換器が作業周波数で発する超音波が前記第一音響インピーダンス整合層中における波長の1/4より小さく、前記第二音響インピーダンス整合層が前記第二音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第五表面と第六表面を有し、前記第五表面が前記第一音響インピーダンス整合層の前記第四表面に接触し、かつ前記第六表面が前記桶状の搭載体の前記第一表面に接触し、第一制振体が前記桶状の搭載体の内に設置され、かつ前記圧電体を被覆し、前記第一制振体と前記圧電体との間に間隙を有し、前記第二制振体が前記第一制振体及び前記桶状の搭載体を被覆する。
【００１２】
以下の様々な図面例示に基づく具体的な実施例の詳細説明から、読者は本考案の前記目的及びその他の目的についてより明確に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案の実施例における超音波変換器の一実施形態の断面図。
【図２】本考案の実施例における超音波変換器の別の実施形態の断面図。
【図３】本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面図。
【図４】本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面図。
【図５】本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面図。
【図６】本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面図。
【図７】本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面図。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
以下は図面及び具体的な実施形態を組み合わせて、本考案を詳しく説明する。
【００１５】
以下の本考案の詳細説明において、素子符号が図面の一部として表示され、かつ、前記実施例を実行可能な特例記載の形で示される。このような実施例は、当業者が実施できる程度に考案の詳細を説明するものである。図例を明確に示すために、図面の一部素子の大きさが拡大されることがある。なお、読者が理解すべきなのは、本考案において別の実施例を利用するか、またはこれらの実施例から脱離しないことを前提に、構造的、ロジック的及び／又は電気的な変更を加えることが可能である。従って、以下の詳細説明は考案を限定するものではなく、逆に、以下の実施例が請求の範囲の保護範囲によって画定されるものである。
【００１６】
まず、図1を参考すると、本考案の実施例の超音波変換器100の一実施形態を示す断面概略図である。本実施例において、超音波変換器100は桶状の搭載体102を含み、搭載体102がこの搭載体102を挟んで（搭載体102の両側において）対向する第一表面102aと第二表面102bを有する。圧電体104は搭載体102の第一表面102aに直接接触して貼り合わせられ、圧電体104の導電層に導線106が接続されて（または、それに直接接触する搭載体102によって接続され）、外部の高周波交流電信号を圧電体104に与えて、高周波振動を発生させ、超音波を生成させる。圧電体104は中実の四角形、多角形または円形の圧電材料、または多層セラミックス工程の圧電材料を含むことができる。これらの圧電材料は、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(ZrTi)O3)、チタン酸鉛(PbTiO3)など鉛を含む圧電材料、またはチタン酸バリウム(BaTiO3)、ニオブ酸ナトリウムカリウム((NaK)NbO3)など鉛を含まない圧電材料を含むことが可能であり、その音響インピーダンスが約30-35MRaylであり、空気の音響インピーダンス430Raylよりはるかに大きいため、音響インピーダンス整合層を設置して、両者の音響インピーダンスを整合させる必要がある。搭載体102の材料は金属または非金属を含むことが可能であり、例えば、ステンレス、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、ケイ素、ガラス、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(ABS)、ナイロン(Nylon)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)またはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を含むことができるが、これらに限定されない。
【００１７】
引き続き図1を参照すると、第一音響インピーダンス整合層108は、この第一音響インピーダンス整合層108を挟んで対応する第三表面108aと第四表面108bを有し、第三表面108aが前記搭載体の第二表面102bに直接接触して貼り合わせられる。第二音響インピーダンス整合層110は、第一音響インピーダンス整合層108の第四表面108bに設置される。本実施例において、第一音響インピーダンス整合層108の材料が有機高分子材料、または有機高分子材料と中空若しくは中実の粉体とが混合してなる複合材料であってもよい良い。例えば、前記有機高分子材料は、エポキシ樹脂(Epoxy)、ビニルエステル樹脂(vinyl  ester  resin)、紫外線硬化ゲル（UVゲル）、ポリウレタン(polyurethane)またはアクリル樹脂(acrylic  resin)を含む。中空または中実の粉体は、中空のガラス球形粒子または中実のガラス球形粒子であり、充填物として前記有機高分子材料中に均等に分散されて、第一音響インピーダンス整合層108全体の密度を調整する。本実施例において、第一音響インピーダンス整合層108の厚さは、圧電体104が作業周波数で発する超音波が第一音響インピーダンス整合層108中における波長の1/4より小さく、これにより、最適な超音波伝播効果が得られる。
【００１８】
引き続き図1を参照すると、前記の通り、第二音響インピーダンス整合層110は第一音響インピーダンス整合層108によって搭載体102に緊密に貼り付けられ、二層(dual-layered)音響インピーダンス整合層構造を形成する。二層音響インピーダンス整合層のメリットは、超音波変換器の帯域幅を格段に増大させることができる。本実施例において、第二音響インピーダンス整合層110の材料が有機高分子材料であっても、または有機高分子材料と中空または中実の粉体とが混合してなる複合材料であってもよい。前記有機高分子材料は、エポキシ樹脂(epoxy)、フェノール樹脂(phenolic  resin)、ビニルエステル樹脂(vinyl  ester  resin)、ポリウレタン(polyurethane)、アクリル樹脂(acrylic  resin)またはシアン酸エステル樹脂(cyanate  ester  resin)を含む。中空または中実の粉体は、中空のガラス球形粒子または中実のガラス球形粒子であってもよく、充填物として前記有機高分子材料中に均等に分散され、第二音響インピーダンス整合層110全体の密度を調整する。中空ガラス球形粒子の密度は0.1g/cm3~0.6g/cm3（グラム/立方センチメートル）である。音響インピーダンスと材料の密度が正比例するため、第二音響インピーダンス整合層110の密度が低い程、得られる音響インピーダンスが低くなり、より一層音響インピーダンスの整合効果が高くなる。有機高分子材料中に異なる体積比のガラス球形粒子を添加し、混合、消泡及び固化などの処理を行うことで、異なる密度の第二音響インピーダンス整合層110を調製することができる。
【００１９】
引き続き図1を参照する。前記の構成部以外に、本考案の超音波変換器100はさらに制振構造を含んでもよい。図1が示すように、第一制振体112は桶状の搭載体102の桶内に設置され、第一制振体112は桶状の搭載体102と圧電体104との間の空間に設置され、かつ桶状の搭載体102の第一表面102aと圧電体104を被覆する。これにより、圧電体104が動作時の高周波振動において、第一制振体112が有効に制振を行い、超音波変換器のリンギング(ringing)を低減させることができる。また、本実施例において、第一制振体112と圧電体104の間には隙間113が存在する。隙間113の存在により、第一制振体112と圧電体104の間が完全に閉合されず、このような設計により、圧電体104の振動時に振り幅の空間を提供することができ、振動と制振効果を両立させ、かつ信頼性を改善することができる。また、より高い制振効果を提供するために、第一制振体112と桶状の搭載体102を被覆する第二制振体114を設置することもできる。図1が示すように、第二制振体114は、桶状の搭載体102の側壁とフランジ部分を含む桶状の搭載体102全体を被覆し、第一音響インピーダンス整合層108と第二音響インピーダンス整合層110の伝播面が第二制振体114から露出される。第二制振体114は導線106を固定する効果も同時に得られる。本実施例において、第一制振体112と第二制振体114の制振係数が異なることがあり、第一制振体112と第二制振体114の硬度が異なることもある。例えば、第一制振体112の硬度が前記第二制振体114の硬度と等しいかまたは小さいなど、形態と設置が異なる二種類の制振体により、高周波振動動作における圧電体104をより有効に、迅速に静止状態に戻し、より優れた制振効果が得られ、超音波変換器動作をより便利にすることができる。第一制振体112の材料は多孔性エラストマーまたは繊維状エラストマーを含み、具体的には、ケイ素ゲル(Silicone)、ゴム(Rubber)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、スチレンエラストマー(Styrene  Elastomer)、ポリエステルエラストマー(Polyester  Elastomer)、オレフィンエラストマー(Olefin  Elastomer)、熱塑性硫化ゴム(TPV)、熱可塑性  (TPU)、エポキシ樹脂(Epoxy)、ウッドコーク(wood  cork)、ポリエステルファイバー、ウールフェルト、ガラスファイバーまたは発泡ファイバー（foam）を含むことができる。第二制振体114の材料はスチレンエラストマー(Styrene  Elastomer)、ポリエステルエラストマー(Polyester  Elastomer)、オレフィンエラストマー(Olefin  Elastomer)、熱塑性硫化ゴム(TPV)、熱可塑性ポリウレタンTPU)またはエポキシ樹脂(Epoxy)を含む。
【００２０】
次に、図2を参照すると、本考案の実施例における超音波変換器の別の実施形態の断面概略図である。図2の実施例と図1の実施例は略同じであるが、相違点は図2の実施例の第一制振体112の表面に複数の突起部112aが形成され、かつ圧電体104に直接接触する。これらの突起部112aはリブ状構造であり、第一制振体112が製作過程で圧電体104と完全接触して隙間113が形成できないことを避ける作用を有する。この設計により、圧電体104と第一制振体112との間の接触を確保しつつ、隙間113を維持することができる。
【００２１】
次に、図3を参照すると、本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面概略図である。図1と図2の実施例において、圧電体と音響インピーダンス整合層が桶状外形の搭載体に設置されているが、本実施例では圧電体と音響インピーダンス整合層が平板搭載体の表面に設置される。図3が示すように、超音波変換器200は平板搭載体202を含み、平板搭載体202がこの平板搭載体202を挟んで対向する第一表面202aと第二表面202bを有する。圧電体204は平板搭載体202の第一表面202aに直接接触して貼り合わせられる。第一音響インピーダンス整合層208はこの第一音響インピーダンス整合層208を挟んで対向する第三表面208aと第四表面208bを有し、第三表面208aが平板搭載体202の第二表面202bに直接接触して貼り合わせられる。第二音響インピーダンス整合層210は第一音響インピーダンス整合層208の第四表面208bに設置される。同様に、超音波変換器200は制振構造を含んでもよい。第一制振体212は圧電体204を被覆し、第一制振体212と圧電体204との間に隙間が存在する。隙間の存在により、第一制振体212と圧電体204の間が完全に閉合されず、これにより、圧電体204の振動に振り幅の空間を提供することができ、振動と制振効果を両立させ、かつ信頼性を改善することができる。また、より高い制振効果を提供するために、第一制振体212全体と平板搭載体202の周りを被覆する第二制振体214を設置することもできる。本実施例において，第一制振体212と第二制振体214の制振係数が異なり、このような形態と設置が異なる二種類の制振体により、高周波振動動作における圧電体204をより有効に、迅速に静止状態に戻し、より優れた制振効果と信用性が得られる。超音波変換器200のその他の細部の特徴は図1が示す超音波変換器100と同じであるため、ここで省略する。
【００２２】
次に、図4を参照すると、本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面概略図である。図4の実施例は図1と略同じであるが、相違点は図4の実施例の第一音響インピーダンス整合層108が開口を有するメッシュシート(mesh  sheet)109を含み、第一音響インピーダンス整合層108の厚さを精密に制御し、優れた音響インピーダンス整合効果が得られるという作用を有する。実際の製作において、まずメッシュシート109を第一音響インピーダンス整合層108が予め形成されている表面に置き、例えば、搭載体102の第二表面102bに置くようにする。そして、第一音響インピーダンス整合層108の材料をメッシュシート109と搭載体102の第二表面102bに均等に塗布することで、前記材料とメッシュシート109が共同で第一音響インピーダンス整合層108を形成できる。メッシュシート109の材質は、銅、鉄、ニッケル、ステンレス、アルミニウム及びチタンのグループ、またはその他のグループから選択される金属材質を含む。または、テフロン（登録商標）（PTFE）、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ナイロン(Nylon)、カーボンファイバー(carbon  fiber)、及びガラスファイバー(glass  fiber)のグループの非金属材質であってもよい。
【００２３】
メッシュシート109の存在により、後の製作において第二音響インピーダンス整合層110が第一音響インピーダンス整合層108の材料に押し合わせられる時に、第一音響インピーダンス整合層108の材料が接着剤として機能し、第二音響インピーダンス整合層110を搭載体102に緊密に固着させ、かつ、その内部の前記メッシュシート109が支持効果を果たし、押し合わせられた第一音響インピーダンス整合層108の厚さがメッシュシート109の厚さと等しくなり、音響インピーダンス整合層の厚さを制御することができる。本実施例において、第一音響インピーダンス整合層108の厚さ、即ちメッシュシート109の厚さを、圧電体104が作業周波数で発する超音波が第一音響インピーダンス整合層108中における波長の1/4より小さくする必要があり、これにより、最適な超音波伝播効果を実現できる。
【００２４】
次に、図5を参照すると、本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面概略図である。図5の実施例は図1と略同じであるが、相違点は図5の実施例の第一音響インピーダンス整合層108が粒子111を含み、その作用が図4のメッシュシート109と同じく、第一音響インピーダンス整合層108の厚さを精密に制御し、優れた音響インピーダンス整合効果が得られる。実際の製作中に、まず粒子111を第一音響インピーダンス整合層108に均等に混合させる。そして、第一音響インピーダンス整合層108と粒子111の混合材料を搭載体102の第二表面102bに均等に塗布することで、前記材料と粒子111が共同に第一音響インピーダンス整合層108を形成する。粒子111として、無機材料または有機材料を用いてサイズが変わらない球体を製作することができ、中空または中実のガラス球体、セラミックス球体、またはプラスチック球体などを含む。
【００２５】
次に、図6を参照すると、本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面概略図である。図6の実施例は図1の実施例と略同じであるが、相違点は図6の実施例の圧電体104が溝104aを有する。溝104aの長軸方向が圧電体104の二つの対向する表面に垂直である。圧電体104にこのような溝104aを形成することは、圧電体全体の音響インピーダンスを下げるうえで有利である。
【００２６】
最後に、図7を参照すると、本考案の実施例における超音波変換器のさらに別の実施形態の断面概略図である。図1が示す実施例は本考案の超音波変換器の基本形態であり、その圧電体と音響インピーダンス整合層がそれぞれ桶状の搭載体102の桶内と桶外に設置され、またはそれぞれ平板搭載体202の両面に設置される。図7の実施例の超音波変換器の基本構造が図1の実施例と大同小異であるが、相違点はその圧電体と音響インピーダンス整合層はいずれも桶状の搭載体の桶内に設置されている。
【００２７】
図7が示すように、超音波変換器300は桶状の搭載体302を含み、桶底302cと桶主体302dを有し、かつ、前記桶底を挟んで対向する第一表面302aと第二表面302b、及び圧電体304を有する。第一音響インピーダンス整合層308は、前記第一音響インピーダンス整合層308を挟んで対向する第三表面308aと第四表面308bを有し、前記第三表面308aが圧電体304の表面に直接接触して貼り合わせられ、圧電体304の正面反面の導電層に導線306が接続されて、外部の高周波交流電信号を圧電体304に電気的に接続させ、高周波振動を発生させることで、超音波を生成する。本考案の実施例において、第一音響インピーダンス整合層308の厚さは、圧電体304が作業周波数で発する超音波が第一音響インピーダンス整合層308中における波長の1/4より小さく、これにより、最適な超音波伝播効果を実現できる。
【００２８】
引き続き図7を参照すると、第二音響インピーダンス整合層310は、前記第二音響インピーダンス整合層310を挟んで対向する第五表面310aと第六表面310bを有し、前記第五表面310aが第一音響インピーダンス整合層308の第四表面308bに直接接触して貼り合わせられ、前記第六表面310bが桶状の搭載体302の第一表面302aに貼り合わせられる。超音波変換器300も同じく制振構造を有する。図7が示すように、第一制振体312が桶状の搭載体302の桶内に設置され、制振体312が桶状の搭載体302と圧電体304との間の空間に設置され、かつ圧電体304を被覆し、これにより、圧電体304が動作時の高周波振動において、制振体312が有効に制振を行い、超音波変換器のリンギング(ringing)を低減させることができる。同様に、第一制振体312と圧電体304の間には隙間313が存在する。隙間313の存在により、第一制振体312と圧電体304の間が完全に閉合されず、これにより、圧電体304の振動時に振り幅の空間を提供することができ、振動と制振効果を両立させ、かつ信頼性を改善することができる。また、第一制振体312全体と桶状の搭載体302の周りを被覆する第二制振体314を設置することもできる。本実施例において、第一制振体312と第二制振体314の制振係数が異なることがあり、第一制振体312と第二制振体314の硬度が異なることもある。例えば、第一制振体312の硬度が前記第二制振体314の硬度と等しいかまたは小さいなど、形態と設置が異なる二種類の制振体により、高周波振動動作における圧電体304をより有効に、迅速に静止状態に戻し、より優れた制振効果、信頼性が得られる。超音波変換器300のその他の細部の特徴は図1が示す超音波変換器100と同じであるため、ここで省略する。
【００２９】
図1が示す実施例と異なり、図7の実施例の音響インピーダンス整合層308、310は圧電体304とともに、桶状の搭載体302の桶内に設置されている。このような設計は、図1の設計に比較して、外部環境が比較的に厳しい用途に適しており、音響インピーダンス整合層がダメージを受けないよう、有効に保護することができる。
【００３０】
本考案の前記各実施例の超音波変換器は、圧電体と制振体との間に隙間を形成することで、従来の変換器の性能を改善するとともに、信頼性を保つことができる。また、異なるパラメータ設計の二重制振体の作用が重なって、制振効果をさらに高めることができる。
【００３１】
以上の内容は具体的な好ましい実施形態に基づいて本考案を詳しく説明したが、本考案の具体的な実施がこの説明内容に制限されるものではない。当業者にとって、本考案の構想から脱離しないことを前提に、ある程度の等価代替または明らかな変型を施すことができ、その性能または用途が同じであり、これらもすべて本考案の保護範囲に属する。
【符号の説明】
【００３２】
100、200、300      超音波変換器
102、202、302      搭載体
102a、202a、302a      第一表面
102b、202b、302b      第二表面
104、204、304      圧電体
104a      溝
106、306      導線
108、208、308      第一音響インピーダンス整合層
108a、208a、308a      第三表面
108b、208b、308b      第四表面
109      メッシュシート
110、210、310      第二音響インピーダンス整合層
111      粒子
112、212、312      第一制振体
112a      突起部
113、213、313      隙間
114、214、314      第二制振体
302c      桶底
302d      桶主体
310a      第五表面
310b      第六表面
【図１】
0003231102.tif 000003
【図２】
0003231102.tif 000004
【図３】
0003231102.tif 000005
【図４】
0003231102.tif 000006
【図５】
0003231102.tif 000007
【図６】
0003231102.tif 000008
【図７】
0003231102.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月7日(2021.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
超音波変換器であって、
前記超音波変換器は搭載体、圧電体、第一音響インピーダンス整合層、第二音響インピーダンス整合層、第一制振体及び第二制振体を含み、
前記搭載体が当該搭載体を挟んで対向する第一表面と第二表面を有し、
前記圧電体が前記搭載体の前記第一表面に接触し、
前記第一音響インピーダンス整合層が当該第一音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第三表面と第四表面を有し、前記第三表面が前記搭載体の前記第二表面に接触し、かつ、前記第一音響インピーダンス整合層の厚さは、前記超音波変換器が作業周波数で発する超音波が前記第一音響インピーダンス整合層中における波長の1/4より小さく、
前記第二音響インピーダンス整合層が前記第一音響インピーダンス整合層の前記第四表面に接触し、
前記第一制振体が前記圧電体及び前記搭載体の前記第一表面を被覆し、かつ前記第一制振体と前記圧電体との間に隙間を有し、
前記第二制振体が前記第一制振体と前記搭載体を被覆し、かつ、前記第一音響インピーダンス整合層と前記第二音響インピーダンス整合層が前記第二制振体から露出される、超音波変換器。
【請求項２】
前記第一制振体の硬度が前記第二制振体の硬度と等しいかまたは小さい、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項３】
前記第一制振体が、前記圧電体に接触する複数の突起部を有する、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項４】
前記複数の突起部がリブ構造である、請求項3に記載の超音波変換器。
【請求項５】
前記第一制振体の材料は多孔性エラストマーまたは繊維状エラストマーを含み、ケイ素ゲル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタン、エポキシ樹脂、ウッドコーク、ポリエステルファイバー、ウールフェルト、ガラスファイバーまたは発泡ファイバーを含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項６】
前記第二制振体の材料はスチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタンまたはエポキシ樹脂を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項７】
前記搭載体が桶状の搭載体であり、前記圧電体が前記桶状の搭載体の桶内に設置され、
前記第一音響インピーダンス整合層と前記第二音響インピーダンス整合層が前記桶状の搭載体の桶外に設置される、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項８】
前記搭載体が平板搭載体である、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項９】
前記搭載体の材料は金属または非金属を含み、ステンレス、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、ケイ素、ガラス、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーまたはポリエーテルエーテルケトンを含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１０】
前記第一音響インピーダンス整合層に位置し、かつ前記第一音響インピーダンス整合層の厚さを制御するためのメッシュシートまたは粒子をさらに含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１１】
前記第一音響インピーダンス整合層が有機高分子材料、または、有機高分子材料と中空若しくは中実の粉体とが混合してなる複合材料を含み、
前記有機高分子材料がエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、紫外線硬化ゲル、ポリウレタンまたはアクリル樹脂を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１２】
前記第二音響インピーダンス整合層が有機高分子材料、または、有機高分子材料と中空若しくは中実の粉体とが混合してなる複合材料を含み、
前記有機高分子材料がエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂またはシアン酸エステル樹脂を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１３】
前記圧電体が中実の四角形、多角形または円形の圧電材料、または多層セラミックス圧電材料、または溝を有する圧電材料を含む、請求項1に記載の超音波変換器。
【請求項１４】
超音波変換器であって、
前記超音波変換器は桶状の搭載体、圧電体、第一音響インピーダンス整合層、第二音響インピーダンス整合層、第一制振体と第二制振体を含み、
前記桶状の搭載体が桶底及び桶主体を有し、かつ、前記桶状の搭載体の前記桶底を挟んで対向する第一表面と第二表面、及び前記桶主体を挟んで対向する内表面と外表面を有し、
前記第一音響インピーダンス整合層が前記第一音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第三表面と第四表面を有し、前記第三表面が前記圧電体の表面に接触し、前記第一音響インピーダンス整合層の厚さは前記超音波変換器が作業周波数で発する超音波が前記第一音響インピーダンス整合層中における波長の1/4より小さく、
前記第二音響インピーダンス整合層が前記第二音響インピーダンス整合層を挟んで対向する第五表面と第六表面を有し、前記第五表面が前記第一音響インピーダンス整合層の前記第四表面に接触し、かつ、前記第六表面が前記桶状の搭載体の前記第一表面に接触し、
前記第一制振体が前記桶状の搭載体の桶内に設置され、かつ前記圧電体を被覆し、前記第一制振体と前記圧電体との間に間隙を有し、
前記第二制振体が前記第一制振体及び前記桶状の搭載体を被覆する、超音波変換器。
【請求項１５】
前記第一制振体の硬度が前記第二制振体の硬度と等しいかまたは小さい、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１６】
前記第一制振体が、前記圧電体に接触する複数の突起部を有する、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１７】
前記第一制振体と前記圧電体の接触面が突出したリブ構造を有する、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１８】
前記第一制振体の材料が多孔性エラストマーまたは繊維状エラストマーを含み、ケイ素ゲル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタン、エポキシ樹脂、ウッドコーク、ポリエステルファイバー、ウールフェルト、ガラスファイバーまたは発泡ファイバーを含む、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項１９】
前記第二制振体の材料がスチレンエラストマー、ポリエステルエラストマー、オレフィンエラストマー、熱塑性硫化ゴム、熱可塑性ポリウレタンまたはエポキシ樹脂を含む、請求項14に記載の超音波変換器。
【請求項２０】
前記搭載体の材料が金属または非金属を含み、ステンレス、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、ケイ素、ガラス、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーまたはポリエーテルエーテルケトンを含む、請求項14に記載の超音波変換器。