(57)【要約】【課題】有底状ケースの内底面に圧電セラミック振動子を接着固定し、有底状ケースの底面を振動体面とした超音波の放射・受波を行う事を特徴とする超音波送受信波器は、防滴型として、自動車用バックソナー・コーナーソナー用途に広く普及している。その内部構造は、接着固定した圧電セラミック振動子の上に吸音材を挿入した後、封止用にシリコーンを流し込んだ形状を有するものが多い。しかしながら、一世代前の構造のものと比較すると残響特性のばらつきが２倍近く広くなる欠点を持つ。しかしながら、それが何に起因するのか不明であった。【解決手段】残響特性を決する要因の１つとして、実験的に、且つ理論的に、封止に用いるシリコーンの硬化後の硬度が大きく寄与する事を明らかにし、最適なシリコーンの硬度を導き出すことに成功した。【選択図】　　　　図１
2004146879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底状ケースの内底面に圧電セラミック振動子を接着固定し、その上部に吸音材と封止用シリコーンによる２層構造を持つ直径８から２０を有する防滴型超音波送受信波器において、封止に用いるシリコーンのデュロンメーターＡによる硬度が３７から４７を有することを特徴とする超音波送受信波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防滴型の超音波送受信波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有底状ケースの内底面に圧電セラミック振動子を接着固定し、有底状ケースの底面を振動体面とした超音波の放射・受波を行う事を特徴とする超音波送受信波器は、防滴型として、自動車用バックソナー・コーナーソナー用途に広く普及している。その内部構造は、接着固定した圧電セラミック振動子の上に吸音材を挿入した後、封止用にシリコーンを流し込んだ形状を有するものが多い。しかしながら、一世代前の構造のものと比較すると残響特性のばらつきが大きくなることが問題であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、残響特性にばらつきがあったことが、何に起因するのか不明であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
今回、封止用シリコーンの硬度に残響特性が依存することが判明した。そして、更に本発明の結果、一定の硬度において、残響特性が良くなることも判明した。
具体的にはデュロンメーターＡによる硬度を３７から４７のものを封止に用いることで残響特性が格段に良くなる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
有底状ケースの内底面に圧電セラミック振動子を接着固定し、有底状ケースの底面を振動体面とした超音波の放射・受波を行う事を特徴とする超音波送受信波器の内部構造は、接着固定した圧電セラミック振動子の上に吸音材を挿入した後、封止用にシリコーンを流し込んだ形状を有するものが多い。しかしながら、上記構造品は、図２に示した一世代前の構造を持つものと比較して、残響特性のばらつきが２倍近く広くなる欠点を持つ。残響特性は、経験的に吸音材や有底状ケースに依存することは解っていたが、同一種の吸音材、有底状ケースを使用しても残響特性のばらつきは収まらず、その詳細は不明であった。
本発明により、残響特性を決する要因の１つとして、実験的に、且つ理論的に、封止に用いるシリコーンの硬化後の硬度が大きく寄与する事を明らかにし、最適なシリコーンの硬度を導き出すことに成功した。これにより、残響特性の製品ばらつきを小さくでき、歩留まりの向上と製品安定性が確保できる様になる。
また、本発明は、有底状ケースの外径がφ８からφ２０まで適用できる事も明らかにした。
以下、実験の詳細について述べる。実験ではデュロメータＡによる硬度２０、３０、４０、４５、６０、７０の６種類の硬度を持つシリコーンを用意し、封止材として用いた。構造は図１に示す様に組立てる。その後、１週間の養生期間を持たせ、特性評価を行う。このとき、封止シリコーン以外の部材は細かい寸法におけるまで同一のものを用いた。組み付け、部材の特性による影響を考慮し、各３０個のサンプルを用意した。
次に、シミュレーション実験について説明する。手法は有限要素法による解析である。このシミュレーションでは、構造を忠実に反映するため、０．０１ｍｍ×０．０１ｍｍメッシュで行い、変数はシリコーンの硬化後の硬度だけとした。構造物の物性常数は温度関数として導入している。また、このシミュレーションの特徴は、固有ベクトルマトリックスＵをＵＴｃＵが対角マトリックスであると仮定として導入している点である。ここで、ｃは減衰マトリックスを示し、添字Ｔは逆マトリックスを示す。
図５に実験によって得られた防滴型超音波送受信波器における残響特性と封止用シリコーンの硬度との関係を示す。縦軸は硬度２０での実験値で規格化した残響値であり、横軸はデュロンメーターＡによる硬度を示す。点線は有限要素解析によるシミュレーション値、●は実験により得られた値であり、実線は本実験による誤差を示している。実験結果の取り扱いは以下のように行った。測定の誤差は１０−６秒であるが、サンプル毎にばらつきがある。そこで、そのばらつきを正規分布である仮定することによって、その分布の中心値を実験値とし、標準偏差の３倍を実験による誤差と定義した。
残響特性の実験値はデュロンメーターＡによる硬度が４５付近で、最小の残響値を示し、それ以上の硬度でも、それ以下の硬度でも徐々に残響特性は悪化することが判明した。また、硬度が６０以上の場合や３０以下の場合では製品によるばらつきが非常に大きくなることも同時に判明した。この実験結果に有限要素解析による結果（図４の点線）を重ねると、残響特性の最小値は硬度４２であり、非常に良い一致が見られ、実験値が確かであることがわかる。
また、本結果は有底状ケースで外直径がφ８からφ２０を持つ超音波送受信波器においても同様の結果を得ており、適用できる。
以上のことから、有底状ケースの内底面に圧電セラミック振動子を接着固定し、その上部に吸音材と封止用シリコーンによる２層構造を持つ防滴型超音波送受信波器において、封止に用いるシリコーンの残響特性を最も優れたものにする硬度は４２±５である事が判明した。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を図示に基づいて詳説する。
図１に防滴型超音波送受信波器を示す。有底状ケースの内底面に圧電セラミック振動子を接着固定し、圧電セラミック振動子の電極部にリード線を半田付けする。そのリード線を傷めない様に吸音材を挿入する。その状態で目的の硬度を持つ封止用シリコーンを流入する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明により、直径φ８からφ２０を有する防滴型超音波送受信波器において、残響特性の優れた製品を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す超音波送受信波器の概略構造図
【図２】従来の超音波送受信波器の概略構造図従来の形態に関わるユニモルフ振動子の概略構造
【図３】残響特性測定用の回路概念図
【図４】残響特性測定時の超音波送受信波器からの出力波形の概念図
【図５】防滴型超音波送受信波器における残響特性と封止用シリコーンの硬度との関係。点線はＦＥＭによる計算値、●は実験により得られた値、実線は本実験の誤差を示す
【符号の説明】
１　　封止用シリコーン
２　　　有底状ケース
３　　吸音材
４　　圧電セラミック振動子
５　　不要振動抑制シリコーン
６　　半田
７　　制振材
８　　発振器
９　　制御回路
１０　　増幅器
１１　　超音波送受信波器
１２　　オシロスコープ
【図１】
2004146879.tif 000003
【図２】
2004146879.tif 000004
【図３】
2004146879.tif 000005
【図４】
2004146879.tif 000006
【図５】
2004146879.tif 000007