[发明专利]超声波发送机与接收机

说明书

本发明涉及用超声波测定物体的位置和距离的物体位置检测装置或距离测定装置等使用的超声波发送机与接收机。下面参照附图对已有的超声波发送机进行说明。图34是表示已有的超声波发送机的结构的侧视剖面图。在图34中，由不锈钢等金属构成的圆片状振动片342其两侧贴着压电体圆片340、341。一压电体圆片341由具有弹性且柔软的粘接剂形成的弹性体环343固定于台座346上。而固定另一压电体圆片340的振动片342上设置用于与振盆344结合的杆345。

如上所述，已有的超声波发送机采取压电体圆片340、341夹着振动片342附着于其上的结构，并配置成压电体圆片340、341的极化方向相同。这样，以压电体圆片340、341和振动片342构成双压电晶片振子349。

通过杆345支持于一压电体圆片340上作为振动膜的振盆344由铝等轻金属做成，呈圆锥状，圆锥的内部为中空。振盆344的圆锥顶点连接杆345的一端，杆345的另一端连接于振动片342的中央。这样，双压电晶片振子349与振盆344形成机械性结合。

如上所述构成的已有的超声波发送机中，双压电晶片振子349与振盆344形成的复合振子，按照使其共振频率为所希望的超声波频率的要求构成。在这样形成的复合振子的双压电晶片振子349上加交流电压，使双压电晶片振子349产生挠曲振动，于是复合振子发生振动，输出超声波。

如图34所示，台座346在双压电晶片振子349的挠曲振动节点位置通过弹性体环343弹性支持双压电晶片振子与振盆344形成的复合振子。

具有如上所述构成的双压电晶片振子的已有的超声波发送机为了提高耐冲击性能和防尘性能，被收容于圆筒形的外壳347内。用于将电压加在压电体圆片340、341及振动片342上的的端子插脚348、348’设置成贯通台座346，该端子插脚348、348’连接于振动片342和压电体圆片340、341。

图35是表示具有外壳347的已有的超声波发送机的外观的立体图，在外壳347的超声波输出面上形成具有网状结构的保护网347a。该保护网347a兼顾到不妨碍超声波的输出。

下面对加大如上所述构成的已有的超声波发送机的声压的课题加以说明。图36是表示在为加大超声波声压的输出而在作为双压电晶片振子的压电振子上设置理想的振盆344a的情况下，该振盆344a的振动位移的侧视图。在图36中，点划线360表示激励压电振子振动之前的振盆344a的静止位置，实线361和虚线362分别表示以理想的状态激振压电振子时，振盆344a在上下两端的位置。在图36中，箭头A表示上述压电振子的挠曲振动的位移方向。如图36所示，理想的振盆344a朝着与挠曲振动的位移方向A相同的方向直线振动。

为了实现增大超声波声压的输出，如图36所示，最好是借助于压电振子的挠曲振动，使振盆344a在上述挠曲振动的位移方向(箭头A的方向)上进行往复直线运动。但是，实际上如果要使其以大振幅振动，则振盆344不在挠曲振动的移动方向上作往复直线运动。其原因被认为是，振盆344的形状不是制成以圆锥的中心轴成对称，或振盆344与压电振子没有以各自的中心高精度结合在一起。

图37是表示超声波的声压输出时实际上的振盆344b的振动位移的一个例子的侧视图。如图37所示，在实际上超声波声压输出时，由于压电振子的挠曲振动，振盆344b的圆锥面振动，使圆锥状振盆344b的中心轴左右振动。图37极端地表示出其左右振动的情况。因此振盆344b的声压输出变得比设计值小。

在图37，点划线370表示使压电振子激振之前的已有的振盆344b的圆锥侧面的位置，实线371和虚线372表示使压电振子激振时振盆344b的圆锥侧面在左右端的位置。在图37中，箭头A的方向是压电振子挠曲振动的位移方向。如上所述，像图37所示那样，把振盆344b与压电振子结合在一起的杆345上很多次受到挠曲振动的位移方向(箭头A的方向)以外的方向来的弯曲力矩，所以不能使振盆344b的挠曲振动的位移方向A的振幅变大。因此，杆345发生疲劳，机械强度变差，其结果是，有发生杆345折断的情况。

为了防止发生上述杆折断的情况，把杆345加粗，提高杆345对抗弯曲力矩的机械强度。但是，采取这样的结构，存在压电振子受到的挠曲振动负荷增大，难于提高声压的输出的问题。