JPH0575274B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、セラミツク振動子を用いて水中乃
至液中に超音波信号を送受波する超音波送受波器
の構造に関するもので、特に、多数の超音波振動
素子を配列して各々の超音波振動素子の送受波信
号の位相制御を行なうことにより、特定方向に指
向性を有する超音波信号を送受波する超音波送受
波器の構造に関する。そして、特に高周波の超音
波信号を送受波する場合に用いて好適な超音波送
受波器の構造に関する。

（従来の技術） 特定方向に指向性を有する超音波信号を送受波
する場合、一般には、多数の超音波振動子を特定
間隔毎に配列して各振動子の送受波信号を位相制
御するいわゆるフエーズドアレイ振動子が用いら
れる。

フエーズドアレイ振動子においては、振動子の
各々があらかじめ定めた間隔毎に配列されている
ことが重要である。特に、高周波の超音波信号を
送受波する場合は高精度な配列精度が要求され
る。例えば、500kHzの超音波信号を送受波する
場合、超音波信号の波長は３mmであるから、超音
波信号の半波長毎に超音波振動子を配列するもの
とすると、配列間隔は1.5mmになる。この場合、
超音波振動子個々の配列精度は0.1mm程度が必要
になる。このような高周波超音波を送受波する場
合、一般には、セラミツク振動素子を配列して用
いられるが、個々の振動素子を上記のような高精
度で物理的に配列することは極めて困難である。
又、製造工程上においても生産性が極めて悪い。

そこで、このような高周波用超音波振動子を配
列する場合、例えば、特公昭55−12254号公報に
記載のように、単一の振動子を特定間隔毎に切断
して振動子配列体を形成する方法が用いられる。
特公昭55−12254号公報のものは、第２図のよう
に、単一の超音波振動子１を音波吸収体２に固着
して、単一の振動子１を特定間隔毎に切断して、
第３図のように、音波吸収体２上に振動子１ａ乃
至１ｎの配列体が形成される。この場合、音波吸
収体２はバツキング材として作用するもので、超
音波振動子１ａ乃至１ｎは音波吸収体２と対向面
方向、従つて、超音波振動子１ａ乃至１ｎの開放
面方向に超音波信号の送受波面が形成される。

第３図のような振動子配列体を水中探知用の送
受波器に使用する場合、振動子配列１ａ乃至１ｎ
を水中に直接露出することはできない。通常、水
中探知用に用いる場合は、第４図に示すように、
水密容器３の収納室４内に収納して用いられる。
この場合、振動子１ａ乃至１ｎはそれぞれの音波
送受波面が収納室４の内面３Ａに密着しているこ
とが必要である。音波送受波面が収納室内面２Ａ
から遊離していると音波の送受波効率が非常に悪
くなる。なお、水密容器３はウレタン材のような
音波透過材が用いられる。

振動子１ａ乃至１ｎの配列体を収納室内面３Ａ
に密着させる場合、振動子個々の輻射面を接着剤
で接着する方法、あるいは、振動子配列体の全体
をウレタンゴムのようなモールド材でモールドす
る方法が考えられる。この場合、接着剤あるいは
モールド材が振動子配列の間隙部に侵入しないよ
うにすることが必要である。高周波用送受波器の
場合、上記のように、振動子の配列間隔は極めて
小さい。従つて、振動子配列間に接着剤あるいは
モールド材が侵入すると、それに起因して振動子
相互間に干渉が発生して振動子個々の位相制御に
弊害を生じさせる。又、接着剤あるいはモールド
材が振動子に対して負荷作用を行ない、振動子
個々の振動特性を変化させる。

このような弊害を防ぐ手段として、隣接する振
動子間にコルク材のような遮音材をあらかじめ挿
入しておくことが考えられる。しかし、多数の振
動子配列間に遮音材を一つづつ挿入することは作
業性が極めて悪い。又、遮音材はその肉厚を振動
子の配列間隙に正確に一致させる必要があり、振
動子間隙が上記のように非常に小さい場合は、コ
ルク材のような遮音材をこのような形状寸法に加
工することは工作精度上容易ではない。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、水中探知用の超音波送受波器、特
に、高周波超音波を送受波する場合に好適な超音
波送受波器を製造するに当たり、上記のように、
遮音材を用いることなく接着剤あるいはモールド
材が振動子間隙部に侵入することなく振動子の音
波輻射面を水密容器内面に密着することができ良
好に機能する超音波送受波器を実現する。

（問題点を解決するための手段、作用） 上記問題点を解決する超音波送受波器は、多数
の超音波振動子素子が予め音波透過材上に所定間
隔で密着固定され、この音波透過材の配列固定面
の対向面を水密容器のモールド材内面側に密着
し、音波透過材及びモールド材を経て超音波を送
受波するものであり、振動子素子の個々とモール
ド材の面倒な密着固定部分がなくなる。

また、その製造方法は、単一の超音波振動素子
の対向する第１、第２電極の片方の電極面を音波
透過材に密着する工程と、該音波透過材に密着さ
れた単一の超音波振動子を特定間隔毎に切断して
上記音波透過材上に多数の超音波振動素子の配列
体を形成する工程と、該配列体をモールド材で形
成した水密容器内に上記音波透過材の上記超音波
振動素子の配列固定面の対向面をモールド材内面
に密着するごとく収納する工程からなるものであ
り、振動子素子の個々のモールド材の面倒な密着
固定工程が省略される。

（実施例） 第１図はこの発明を実施した超音波送受波器の
断面図を示し、３は水密容器、４は遮音材、５は
超音波振動子、６は音波透過材を示す。

水密容器３は例えばウレタンゴムのようなモー
ルド材で形成され、超音波振動子５を水密構造に
収納する。

超音波振動子５は、第５図に示すように、多数
の超音波振動素子５ａ乃至５ｎの配列体で構成さ
れ、各々の振動素子５ａ乃至５ｎは微少間隙Δd
を有して一定間隔ｄ毎に配列されている。そし
て、超音波振動素子５ａ乃至５ｎは音波透過材上
に密着固定して配列されている。

上記において、超音波振動素子５ａ乃至５ｎの
配列体は、例えば第６図に示すように、両面に電
極７，８を有する単一の超音波振動子５の片方の
電極面が音波透過材６に密着固定された後、超音
波振動子５が電極７，８と共に一定間隔ｄ毎に切
断されて形成される。この場合、音波透過材６は
一般に、ウレタンゴムのように可塑性のある材質
が用いられる。従つて、超音波振動子５を切断す
る場合、第７図に示すように、超音波振動子５ａ
乃至５ｎの配列方向に保持材９並びに１０を固着
した後に切断すると、振動子素子５ａ乃至５ｎの
配列精度を高精度に保ちながら切断することがで
きる。なお、保持材９並びに１０は振動子５の両
端に接着剤等で接着して、切断後に取り外すよう
にすればよい。又、保持材９並びに１０は、振動
子５を切断する過程において、振動素子の配列精
度を維持し得る程度の強度を有するものであれば
任意のものを用いることができ、例えば、振動子
５と同じ材質のものを用いてもよい。

第１図において、超音波振動素子５ａ乃至５ｎ
の配列体は、上記のように製作された後、水密容
器３内において、音波透過材の超音波振動素子の
配列固定面の対向面が水密容器３の内面に密着固
定される。そして、その密着固定部及び音波透過
材を経て超音波振動素子５ａ乃至５ｎの各々が超
音波を送受波する。

他方、遮音材４は、超音波振動子５から輻射さ
れる超音波のうち、音波透過材６の固定部以外か
ら輻射される超音波を遮音するためのもので、発
泡ウレタン、コルク材のような遮音材が用いられ
る。なお、遮音材４は、超音波振動子５の励振表
面に密着させる必要はなく、振動子素子５ａ乃至
５ｎの振動に負荷作用を生じさせないように軽接
触にしておく方が望ましい。

上記において、振動子素子５ａ乃至５ｎの配列
体はあらかじめ形成した水密容器３内に収納され
るごとく説明したが、振動子素子５ａ乃至５ｎの
配列体全体をモールド材でモールドすることも可
能である。すなわち、振動素子５ａ乃至５ｎの配
列体を形成した後、振動素子５ａ乃至５ｎの音波
輻射面のうち、音波透過材６の固定部以外の輻射
面に遮音材４を配置した後、遮音材４及び音波透
過材６全体をウレタンゴム等でモールドするよう
にしてもよい。

（発明の効果） 上記構成を有する本発明の超音波送受波器で
は、多数の超音波振動素子を所定間隔で密着固定
した音波透過材及びモールド材を経て超音波を送
受波するものであり、多数の振動子素子とモール
ド材との面倒な密着固定部分がなくなるので、均
一な超音波振動素子の所定配列が確保され、超音
波振動素子の各々を同じ特性で振動させることが
でき、かつ、超音波信号の送受信を効率よく行う
ことができる。

また、本発明の製造方法では、超音波振動素子
の配列体は単一振動子を切断して製作されるの
で、超音波振動素子の配列精度を高精度にできる
と共に、振動子素子の個々とモールド材の面倒な
密着固定工程が省略されるので、比較的簡単に製
作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例、第２図及び第３図
は従来の超音波振動子の製造工程を説明するため
の図、第４図は従来の超音波振動子を用いて水中
探知用送受波器を構成した場合の一例、第５図は
この発明の実施例に用いられる超音波振動子要部
の概観図、第６図及び第７図はその製造工程を説
明するための図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モールド材で形成された水密容器内に、所定
   間隔で配列された多数の超音波振動子素子を収納
   し、水中乃至液中に超音波を送受波して水中乃至
   液中物標の探知を行う超音波送受波器において、
   多数の前記超音波振動子素子が音波透過材上に所
   定間隔で密着固定され、この音波透過材の配列固
   定面の対向面を前記水密容器のモールド材内面側
   に密着し、音波透過材及びモールド材を経て超音
   波を送受波するようにしたことを特徴とする超音
   波送受波器。 ２ 単一の超音波振動素子の対向する第１、第２
   電極の片方の電極面を音波透過材に密着する工程
   と、該音波透過材に密着された単一の超音波振動
   子を特定間隔毎に切断して上記音波透過材上に多
   数の超音波振動素子の配列体を形成する工程と、
   該配列体をモールド材で形成した水密容器内に上
   記音波透過材の上記超音波振動素子の配列固定面
   の対向面をモールド材内面に密着するごとく収納
   する工程とからなる超音波送受波器の製造方法。