测量设备用超声波振子的制作方法

本发明涉及一种发送接收超声波的测量设备用超声波振子。

背景技术：

1、在现有技术中，众所周知有一种通过超声波的发送接收来探测水中的鱼群等的鱼群探测器。在这种鱼群探测器中，通过使用超声波振子进行超声波的发送接收，便可以探测水中的情况。然后，将水中的探测结果作为图像显示在画面上。

2、但是，鱼群探测器用的超声波振子通常使用圆板状或圆环状的压电元件，以厚度方向振动例如200khz、半径方向振动例如50khz这样的方式，设计成用一个振子收发两种频率的超声波。但是，这种压电元件的各个超声波的频带很窄。近年来，由于搭载了同样的鱼群探测器的船舶增加，因此容易产生与其他船舶的频率干扰。为了避免频率干扰，只要避开附近的船舶使用的驱动频率来发送接收超声波即可，但在频带狭窄的情况下，能够变更的频率的选择变少。因此，需要使用具有较宽的超声波频带的超声波振子。

3、另外，作为使超声波频带变宽的方法，如图18、图19所示，有人提出了在构成超声波振子191的压电元件192上形成沿同一方向延伸的多个槽部193，经由槽部193配设多个振动部194的技术方案(例如，参照专利文献1)。这样，各振动部194容易在压电元件192的厚度方向上变形。其结果，压电元件192在整个区域的厚度方向上容易振动，因此机电耦合系数变高，频带也就变宽。

4、专利文献1：日本特开2016-213666号公报(段落[0023]、图1、图3、图4a等)。

5、但是，由于专利文献1是以压电元件192为主在厚度方向容易振动的技术，所以难以充分地得到适合超声波的发送接收的频带。因此，需要使超声波频带变得更宽。

技术实现思路

1、本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够对适于超声波的发送接收的频带进行扩大的测量设备用超声波振子。

2、为了解决上述课题，本发明的技术方案1是提供一种发送接收超声波的测量设备用的超声波振子，其具备：具有支撑体的框体容器；和具有圆形的外形且被所述支撑体支撑的压电元件，所述压电元件构成为包含由在中央部相互连通且放射状地延伸的多个槽部分割而成的多个扇形的振动部，所述压电元件，在第一频带沿厚度方向振动，在比所述第一频带低的第二频带沿半径方向振动。

3、因此，根据技术方案1所述的发明，压电元件由包括被槽部分割的多个振动部构成，因此各振动部容易在厚度方向上变形。其结果，压电元件在整个区域沿厚度方向振动，机电耦合系数变高。因此，作为厚度方向振动的频带的第一频带的收发灵敏度变高，第一频带的范围也变宽。另外，由于构成压电元件的各振动部为扇形，所以在以半径方向振动的共振频率驱动时，振动部的中央部侧的端部、即圆形的超声波振子的中央部以大的振幅振动。其结果，作为振动部的径向振动的频带的第二频带的收发灵敏度变高。综上所述，在厚度方向振动及半径方向振动的两方面中，能够以高灵敏度进行收发。

4、另外，在具有“圆形状的外形”的压电元件中，不仅包括具有圆形状的外形的压电元件，还包括具有椭圆形状的外形的压电元件、具有长圆形状的外形的压电元件。

5、本发明的技术方案2是在技术方案1的基础中，所述压电元件包括多个所述振动部和为了将邻接的多个所述振动部彼此接合固定而以填埋多个所述槽部的方式配置的固定部件。因此，根据技术方案2所述的发明，能够在分别正确地定位了各振动部的状态下相互接合固定，并且能够提高压电元件整体的机械强度。

6、作为固定部件，只要能够将振动部彼此接合固定即可，例如能够选择超声波振子中经常使用的填充材料或隔音材料等。固定部件也可以是带双面胶带的隔音材料片(以此作为本发明的技术方案3)。由于隔音材料片的双面胶带能够粘贴在振动部侧面上，因此在使用该双面胶带的情况下，能够在将各振动部分别正确定位的状态下可靠且比较简单地将彼此接合固定。另外，在该情况下，多个所述振动部，也可以在相对于与所述压电元件的中心轴线正交的面，均呈相等的倾斜角度的状态下，相互接合固定(以此作为本发明的技术方案4)。

7、所述支撑体可以是具有平坦的面形状的支撑板(以此作为本发明的技术方案5)，但也可以是不平坦、整体为凸或凹且具有倾斜的面形状的支撑板。根据该结构，能够设定与将压电元件支撑在具有平坦的面形状的支撑板上时不同的指向角。另外，上述支撑体也可以是板状以外的形状(例如棒状或突起状等)。

8、例如，也可以是具有与多棱锥或多棱锥台的棱锥面相当的面形状，并且在所述支撑体的外表面侧整体凸出的支撑板(以此作为本发明的技术方案6)。如果是该结构，则能够在将各振动部保持为所希望的角度的状态下稳定地支撑在支撑板上，并且与将压电元件支撑在具有平坦的面形状的支撑板上的情况相比，能够扩大指向角。或者，所述支撑体也可以是具有与多棱锥或多棱锥台的棱锥面相当的面形状，并且在所述支撑板的外表面侧整体凹陷的支撑板(以此作为本发明的技术方案7)。如果是该结构，则能够在将各振动部保持为所希望的角度的状态下稳定地支撑在支撑板上，并且与将压电元件支撑在具有平坦的面形状的支撑板上的情况相比，能够缩小指向角。

9、本发明的技术方案8是在技术方案1至7中任一技术方案的基础上，所述压电元件包括被n分割(其中n为8以上)的多个所述振动部而构成。因此，根据技术方案8所述的发明，由于各振动部的宽度变小，所以成为各振动部容易在厚度方向上振动的形状。即，通过使压电元件成为容易在厚度方向振动的形状，能够提高机电耦合系数，能够提高作为厚度方向振动的频带的第一频带的灵敏度，扩大频带。

10、另外，在支撑板具有与多棱锥或多棱锥台的棱锥面相当的面形状，并且在支撑板的外表面侧整体上为凸或凹的情况下，多个上述振动部也可以分别支撑在构成n棱锥或n棱锥台的棱锥面的n个构成面上(以此作为本发明的技术方案9)。如果是该结构，则能够在将被n分割的多个振动部保持为期望角度的状态下将其稳定地支撑在支撑板上。

11、本发明的技术方案10是在技术方案1至7中任一技术方案的基础上，所述振动部的厚度大于所述振动部的宽度，所述振动部的所述半径方向的长度为所述振动部的厚度的3倍以上。因此，根据技术方案7所述的发明，通过使振动部成为容易在半径方向上振动的细长形状，机电耦合系数变高，能够可靠地扩大作为半径方向振动的频带的第二频带的范围。

12、本发明的技术方案11是在技术方案1至7中任一技术方案的基础上，所述振动部，具有配置在所述压电元件的中央部侧且有被倒角的形状的锐角部。因此，根据技术方案11所述的发明，通过使振动部中的锐角部成为被倒角的形状，锐角部前端的尖角被消除，能够防止振动部的锐角部前端发生应力破损。

13、本发明的技术方案12是在技术方案1至7中任一技术方案的基础上，所述支撑体是位于所述框体容器的前面侧的支撑板，多个所述振动部具有作为超声波放射面的第一面及其相反侧的第二面，且所述第一面，夹隔着声匹配层与所述支撑板的内表面侧接合。

14、本发明的技术方案13是在技术方案1至7中任一技术方案的基础上，所述支撑体是位于所述框体容器的后表面侧的支撑板，多个所述振动部具有作为超声波放射面的第一面及位于其相反侧的第二面，且所述第二面，夹隔着背材与所述支撑板的内面侧接合，所述第一面由填充材料模制。

15、如以上详细说明的那样，根据技术方案1至13所述的发明，能够得到可扩大适于超声波的发送接收的频带的测量设备用的超声波振子。特别是根据技术方案6、7所述的发明，能够使指向角更具有宽窄范围。