JP2947991B2

JP2947991B2 - 超音波センサ

Info

Publication number: JP2947991B2
Application number: JP3232531A
Authority: JP
Inventors: シエツレウルリツヒ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1999-09-13
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: DE59104214D1; JPH04245899A; EP0472085A1; EP0472085B1; US5159228A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電シートと、信号電
極と、アース電極とを有する特に衝撃波測定用の超音波
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波センサは基本的には局部
的な圧力測定および超音波場の場測定に適している。何
れにしてもセンサによって一連の要求を満たすことがで
きるが、かかるセンサは充分に高い上限周波数と、特に
収束した衝撃波を測定する場合には充分に長い有効寿命
と、超音波場測定を行う場合には充分に高い感度とを有
さねばならない。

【０００３】このような要求を本質的に満たす超音波セ
ンサはヨーロッパ特許出願公開第０２２７９８５号公報
に記載されている。この超音波センサの場合には、アー
ス電極と信号電極とは圧電シートによって空間的に分離
されて配置され、超音波もしくは衝撃波の作用によって
生ぜしめられた圧電シートの交流電荷信号の電極への結
合は液体を介して行われる。液体が誘電体液体であるか
または電解液であるかどうかに応じて、信号結合は容量
的に行われたりまたは液体によって形成された直列抵抗
を介して行われる。この公知の超音波センサの欠点は、
特に音場測定の際圧電シートと電極との間隔が比較的大
きいためにセンサの感度があらゆる場合に充分ではない
という点である。他の欠点は、圧電シートと電極との間
に存在する液体の非線形圧縮特性と、この液体中でのキ
ャビテーション効果と、姿勢の影響とに起因して、測定
結果に誤差が含まれ得る点である。圧電シートと電極と
の間に液体が存在することは、ヨーロッパ特許出願公開
第０３５１２８５号公報の場合のように圧電シートの両
側に電極が堆積形成され、この電極が電極に所属する圧
電シート表面を完全に被覆することによって回避するこ
とができる。さらに、米国特許第４９１１１７２号明細
書によれば、圧電シートを電極へ薄い接着剤層によって
貼着することができる。その場合、電気的接続は接着剤
層による容量結合によって行われる。しかしながら、両
センサも高強度の衝撃波を与えられた際には満足する有
効寿命を有し得ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
述した要求を満たし、電極と圧電シートとの間に液体が
存在することに起因する欠点が回避され、かつその都度
の適用例に整合する感度を有する超音波センサを実現し
得るように、冒頭で述べた種類の超音波センサを形成す
ることを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、少なくとも１つの領域が分極され
ている圧電シートと、この圧電シートの一方の側面上に
配置された信号電極と、前記圧電シートの他方の側面上
に配置されたアース電極とを有し、少なくとも前記信号
電極と圧電シートとの間または前記アース電極と圧電シ
ートとの間に弾性の柔軟性誘電体結合膜が設けられ、前
記結合膜は前記圧電シートと前記信号電極もしくは前記
アース電極とから音響結合に使われる材料の薄層によっ
て分離され、前記圧電シートと前記信号電極と前記アー
ス電極と前記結合膜とは多層構成体の構成要素であり、
前記信号電極と前記圧電シートの分極化領域とは感圧セ
ンサ面を形成する領域が重畳するようにすることを特徴
とする。

【０００６】

【発明の効果】本発明において重要なことは、結合膜は
圧電シートと信号電極またはアース電極とから、多層構
成体に所属して音響結合に使われる材料の薄層によって
分離されることである。圧電シートと信号電極とアース
電極とが多層構成体の構成要素であるということによっ
て、本発明による超音波センサは頑丈な構成を有し、従
って衝撃波測定に対しても予定通り使用することが可能
となる。同時に多層構成のために電極と圧電シートとの
間に液体が存在することに起因する問題も回避される。
というのは、表面電荷の容量的検出は結合膜を通して行
われるからである。結合膜の厚みを適宜に選定すること
により、多層構成体の内部における信号電極またはアー
ス電極と圧電シートとの間隔をその都度の要求に応じる
ように選定することによって、本発明による超音波セン
サの感度はその都度の要求に容易に整合することができ
る。なお、かかる間隔が小さくなると超音波センサの感
度が高くなる。何れにしても結合膜の厚みが少なくなる
と本発明による超音波センサの有効寿命が短くなる。と
いうのは、弾性かつ柔軟性でなければならない結合膜
は、衝撃波の弾性的衝撃エネルギをその弾性的柔軟性に
よって減衰させることによって、重要な保護機能を果た
すからである。結合膜の厚みは従って圧電シートの厚み
の少なくとも２倍、特に少なくとも５倍にすべきであ
る。結合膜の材料としては、音響インピーダンスが超音
波センサが設置されるべき媒体の音響インピーダンスに
整合する材料が使用される。というのは、その場合に
は、結合膜の境界面での反射による信号悪化が充分排除
されるからである。本発明による超音波センサの他の重
要な利点は、信号電極と圧電シートとが重畳する領域の
寸法と形状とをその都度の要求に応じて選定することに
よって、センサ面の大きさつまり本発明による超音波セ
ンサを用いて測定を行う際に得られる位置分解能をその
都度の要求に容易に整合させることができる点にある。
本発明による超音波センサの高い上限周波数は非常に薄
い（１０μｍ）圧電シートの使用によって容易に実現可
能である。結合膜を圧電シートと信号電極もしくはアー
ス電極とから分離する層は多層構成体のその層に隣接す
る隣接層との音響結合を生ぜしめる。結合膜を圧電シー
トと信号電極もしくはアース電極とから分離する層は、
有害な音響作用を排除するために、超音波センサの上限
周波数を決定するのに重要である圧電シートの厚みより
も明らかに小さい、例えば５倍以下、特に１０倍以下の
厚み有する。この層の材料としては特にシリコンゴムが
適する。この材料は一方ではその特性に基づいて隣接層
相互間の必要な音響結合を生ぜしめる。他方ではシリコ
ンゴムはその接着剤特性に基づいて多層構成体の隣接層
の機械的結合に寄与するかまたはこの機械的結合を完全
に生ぜしめる。

【０００７】少なくとも信号電極またはアース電極に多
層構成体の構成要素として弾性的柔軟性の、特に電気絶
縁性の被覆層が設けられることは好都合である。このよ
うな措置を施すことによって、衝撃波の作用に対する超
音波センサの保護がより一層改善される。というのは、
電極の保護が同様に得られるからである。保護効果は被
覆層の厚みと共に増大する。しかしながら、被覆層の厚
みが増大すると高周波音響信号成分の減衰が増大するた
めに超音波センサの上限周波数は低下する。同様に被覆
層は特に結合膜に関連して説明した理由から、音響イン
ピーダンスが超音波センサの設置される媒体の音響イン
ピーダンスに整合する材料から形成される。

【０００８】実験による調査によれば、結合膜の厚みと
被覆層の厚みとの和が変化してもセンサ感度とセンサ有
効寿命との積はほぼ一定であることが判明している。そ
れゆえ、例えば、超音波場測定、収束していない衝撃波
の測定、または焦点区域の外で収束する衝撃波の測定を
行うために必要であるような、非常に高い感度を有する
超音波センサを容易に実現することができる。その際、
この種の高感度超音波センサが非常にエネルギの強い衝
撃波の焦点区域では比較的短い有効寿命しか有さないこ
とは重要ではない。というのは、本発明による衝撃波セ
ンサはこのような適用例に対しても充分な堅牢度でもっ
て容易に製作することができるからである。その場合、
衝撃波センサは感度が比較的低くなるが、しかしながら
このことはエネルギの強い衝撃波の圧力振幅は高いとい
うことを考慮すれば欠点にはならない。

【０００９】本発明の特に有利な実施態様によれば、信
号電極および圧電シートはそれぞれ細片状形状に形成さ
れ互いに交差して配置され、圧電シートと信号電極との
簡単な形状が超音波センサの簡単な製作および問題のな
い組立を可能にする。本発明の他の特に有利な実施態様
によれば、超音波請求項は多層構成体を担持して湾曲状
端面を備えた担持体を有し、センサ面はその湾曲状端面
の領域に存在する。その場合には個々の構成要素が担持
体上に互いに貼着された多層構成体を製作することが非
常に簡単に可能になる。しかも、センサ面の領域におい
ては超音波センサの良好な機能を得るために重要である
均一かつ気泡の無い接着が担持体の湾曲状端面によって
非常に簡単に行われ得る。本発明の特に有利な実施態様
によれば、多層構成体の構成要素は互いに重なって特に
少なくとも本質的に円筒状の担持体上へ巻回される。そ
の場合には多層構成体の構成要素の螺旋状配置が得られ
る。多層構成体は、この多層構成体の構成要素が引張力
を与えられながら担持体上へ巻回されそして相互に貼着
され得るということによって、必要な均一かつ気泡のな
い接着を確実かつより一層簡単に可能にする。

【００１０】境界面での擾乱的な反射を回避するため
に、超音波センサの構成部材として、音響インピーダン
スが被測定超音波または衝撃波の伝播する媒体の音響イ
ンピーダンスに出来る限り厳密に一致するような材料を
特に使用することは当然のことである。超音波センサの
構成部材が大きく異なった音響インピーダンスを有する
場合、この構成部材は音波伝播方向に一番短い被測定波
長以下の厚みを有さねばならない。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

【００１２】図１ないし図４に示された超音波センサは
主要構成要素として圧電ポリマー材料のシート細片１を
有し、このシート細片１はその全体が分極されている。
シート細片１に入射する超音波または衝撃波はシート細
片１に超音波または衝撃波に応じた表面電荷振動の時間
的変動を生じさせる。なお、超音波または衝撃波の音波
入射方向は図１における矢印ＩＩＩ方向であり、超音波
センサはこの音波入射方向に対して最大感度を有してい
る。上記表面電荷振動は同様に細片状信号電極２と大面
積のアース電極３との助けによって検出され、そして電
極２、３に接続されたリード線４、５を介して図示され
ていない適宜の増幅器に導かれ、その出力端からは表面
電荷振動の時間的変動を再生する増幅信号が得られる。
表面電荷振動の検出は容量的に行われる。というのは、
信号電極２とシート細片１の間ならびにシート細片１と
アース電極３との間にはそれぞれ誘電体材料の結合膜
６、７が設けられているからである。アース電極３には
電気絶縁性の弾性被覆層８が設けられている。

【００１３】特に図３から明らかなように、細片状信号
電極２は９０゜の角度でシート細片１に交差し、それゆ
えシート細片１と信号電極２とは狭い範囲で重畳してお
り、その重畳面積はシート細片１の幅と信号電極２の幅
との積から得られる。上記範囲は過圧でも負圧でも感応
する感圧センサ面９となる。

【００１４】被覆層８と、アース電極３と、結合膜７
と、シート細片１と、結合膜６と、信号電極２とは多層
構成体を形成し、この多層構成体は正方形状断面の担持
体１０に取付けられている。担持体１０はシート細片１
の中心軸線に対して平行に延在する軸線を中心にして凸
状に湾曲した端面１１を有し、その端面領域にセンサ面
９が存在している。多層構成体の個々の層の厚みは図１
ないし図４には理解を容易にするという理由から誇張し
て図示されているが、かかる多層構成体は特に次のよう
にして製作される。即ち、適宜の接着剤によって担持体
１０上に接着された信号電極２から出発して、超音波セ
ンサの個々の構成要素が図１および図２に示された順序
および配置にて適宜の接着剤によって相互に結合され
る。その際、担持体１０の湾曲状端面１１は個々の層の
貼着を簡単にししかもセンサ面９の領域における均一か
つ気泡のない接着を可能にする。接着剤層は図４におい
てＳ１〜Ｓ４で図示されている。圧電シート１は、圧電
シート１が結合膜６および結合膜７から接着剤層Ｓ１
ａ、Ｓ１ｂによって分離されるように、接着剤層Ｓ１内
に埋設される。結合膜６と担持体１０との間には接着剤
層Ｓ２が設けられ、この接着剤層Ｓ２内には接着剤層Ｓ
１内への圧電シート１の埋設と同様に信号電極２が埋設
されている。信号電極２は従って接着剤層Ｓ２ａによっ
て結合膜６から分離されかつ接着剤層Ｓ２ｂによって担
持体１０から分離されている。アース電極３と結合膜７
との間には接着剤層Ｓ３が設けられている。接着剤層Ｓ
４はアース電極３と被覆層８との間に設けられている。
図４において接着剤層の厚みは他の構成要素の厚みに比
較して誇張して図示されていることが理解されよう。

【００１５】大面積のアース電極３は被覆層８と結合膜
６、７と同じように担持体１０の全幅Ｂに亘って延在し
ているが、このアース電極３は電極としての機能の他に
超音波センサの電気的遮蔽を果たす。

【００１６】シート細片１は特にポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）から構成される。しかしながら、シート細
片１は他の圧電活性ポリマーシートからも構成され得
る。シート細片１の厚みは、センサの上限周波数を決定
し、そして、上昇時間がマイクロセカンドを下回り得な
い非常に急峻なパルスエッジを有する衝撃波を測定する
ために、１００μｍを著しく越えてはならない。実施さ
れたプロトタイプではシート細片１の幅は１〜２ｍｍで
ある。

【００１７】結合膜６、７の材料、被覆層８の材料、担
持体１０の材料はそれぞれ衝撃波に感応しないつまり弾
性かつ柔軟性があり、しかも、超音波センサによって測
定が行われ従って超音波または衝撃波を伝播する媒体の
音響インピーダンスに整合する音響インピーダンスを有
さねばならない。水中での測定のために材料として例え
ば軟質ゴムまたは軟質ＰＶＣが適する。これらの材料の
音響インピーダンスは柔軟剤量によってそれぞれ調整さ
れ得るが、柔軟剤量が増加すると、音響インピーダンス
が減少する。上記材料はさらに良好な誘電体特性を有す
る。結合剤６、７の厚みは１０００μｍを著しく越えて
はならない。というのは、結合剤６、７の厚みが１００
０μｍを著しく越えると、シート細片１からの信号電極
２とアース電極３との間隔が比較的大きくなるために、
超音波センサの感度が低くなり過ぎるからである。プロ
トタイプではその感度は結合膜６、７の厚みに応じて１
５ｍＶ／ＭＰａ〜３４０ｍＶ／ＭＰａであった。被覆層
８の厚みは２０００μｍを著しく越えてはならない。と
いうのは、被覆層８の厚みが２０００μｍを著しく越え
ると、高周波信号成分の減衰の増大により、衝撃波の場
合には測定可能な上昇勾配に限界が生じ、超音波の場合
には上限周波数に限界が生じるからである。被覆層８が
保護機能を満たし得ることを保証するために、結合膜
６、７は使用された圧電シート１の厚みに対してそれぞ
れ少なくとも例えば２倍、特に少なくとも５倍、そして
被覆層８の厚みは例えば少なくとも４倍、特に少なくと
も１０倍でなければならない。

【００１８】信号電極２およびアース電極３の材料とし
ては良好な耐腐食性および耐衝撃波性を得るために、十
分な導電性を有する薄い高級鋼箔が適する。しかしなが
ら、耐久性が高級鋼箔の耐久性に比較して見劣りのしな
い他の導電材料製箔を使用することもできる。高級鋼箔
を使用する場合にはその厚みは圧電シート１の厚み、従
って最大１００μｍを著しく越えてはならない。という
のは、信号電極２の厚みおよびアース電極３の厚みは、
超音波センサの上限周波数に相応する波長に比較して、
反射による被害を受けない程小さいからである。実施さ
れたプロトタイプの場合には信号電極の幅は１〜２ｍｍ
である。

【００１９】個々の層を結合するための接着剤として
は、例えば、水にほぼ整合する音響インピーダンスを有
するシリコンゴムが適する。個々の層間に存在する接着
剤層Ｓ１、Ｓ１ａ、Ｓ２、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ３、Ｓ４
は図４だけに図示されているが、それらの接着剤層Ｓ
１、Ｓ１ａ、Ｓ２、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ３、Ｓ４の厚み
は接着されるべき層の厚みよりも明らかに薄い（例えば
少なくとも５倍以下、特に１０倍以下の厚みである）。
接着剤層Ｓ１、Ｓ１ａ、Ｓ２、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ３、
Ｓ４は多層構成体の結合を保証する。接着剤層はさらに
多層構成体の隣接する層相互の音響結合を果たし、従っ
て気泡が無いようになる。このことは圧電シート１と結
合膜６、７との音響結合を生ぜしめる接着剤層Ｓ１ａ、
Ｓ１ｂに対して特に当てはまる。

【００２０】上述したセンサは、多層構成体が担持体１
０に取付けられることによって極めて頑丈に構成される
という重要な利点の他に、物理的特性が簡単に変え得る
幾何学的寸法に著しく依存するという別の利点も有して
いる。

【００２１】それゆえ、シート細片１の幅および信号電
極２の幅は超音波センサの位置分解能、指向特性および
感度に影響する。詳細には、位置分解能は該構成要素の
幅が減少すると増大し、一方感度は低下する。超音波セ
ンサの指向特性はシート細片１の幅と信号電極２の幅と
の比と、該構成要素の交差角度とに依存する。

【００２２】超音波センサの有効寿命および感度は結合
膜６、７の厚みに依存し、そしてある程度は超音波セン
サの上限周波数が結合膜６、７の厚みに依存する。それ
ゆえ、結合膜６、７の厚みが増大すると超音波センサの
有効寿命が増長し、一方同時にその感度は低下する。上
限周波数は結合膜６、７の厚みが増大すると低下する。
というのは、この高周波信号成分は低周波信号成分より
も大きい音響減衰を受けるからである。

【００２３】それゆえ、所定の適用例に特に合わせて作
られた特性を有するセンサを容易に製作することができ
ることが明白である。

【００２４】上述した実施例とは異なり、担持体１０は
円形状断面を有することができる。多層構成体を担持す
る担持体端面１１はその場合には半球状の形状を有す
る。

【００２５】図５ないし図８に図示された実施例は、円
筒状担持体１２が設けられ、この円筒状担持体１２上に
多層構成体の構成要素が螺旋状に互いに重ねられて巻回
されている点で、上述した実施例とは相違している。従
って、先ず信号電極１３が担持体１２上に巻回される。
その場合、信号電極１３はほぼ１８０゜以上の角度で担
持体１２に巻付けられる。信号電極２と同じように細片
状に形成されている信号電極１３の図５における左端を
先ず担持体１２に貼着することが行われる。この接着が
硬化した後、信号電極１３は適宜の接着剤を塗布された
担持体１２へ引張力を与えられながら巻回される。担持
体１２への信号電極１３の貼着が硬化した後、結合細片
１４が信号電極１３の図５の右端に例えば１５゜〜３０
゜の角度で重なるように、結合細片１４の一端が担持体
１２と信号電極１３とに貼着される。この接着が硬化し
た後、信号電極１３とは異なり担持体１２の全幅に亘っ
て延在する結合細片１４は適宜の接着剤の塗布の下に引
張力を与えられながら信号電極１３を有する担持体１２
へ２ターン密着巻回される。信号電極１３の図５の左端
領域においては信号電極１３用の端子として使われる金
属細片１５が結合細片１４の第１ターンと信号電極１３
との間に巻回されている。金属細片１５は担持体１２を
越えてサイドへ突出している。金属細片１５と信号電極
１３との良好な導電結合を形成するために、両者間には
接着剤が存在しないように注意しなければならない。結
合細片１４の第１ターンと第２ターンとの間には圧電活
性シート細片１６が設けられ、このシート細片１６は細
片状信号電極１３と９０゜の角度で交差するように配置
されている。なお、シート細片１６の中心軸線は円筒状
担持体１２の中心軸線に対して平行に延在している。信
号電極１３とシート細片１６とが重畳する領域は、超音
波センサの負圧および過圧に感応する感圧センサ面１７
であり、このセンサ面１７は円筒状担持体１２の外被面
領域に存在している。上述のことから明らかなように、
結合細片１４の両ターンは結合膜１８、１９を形成する
が、この結合膜１８、１９は上述した実施例の場合にお
ける結合膜６、７に相当している。結合細片１４の両タ
ーンには担持体１２の全幅に亘って延在するアース電極
２０がほぼ完全な１ターンにて巻回される。その場合、
アース電極２０の一端部を先ず結合細片１４の第２ター
ンの端部に貼着することが行われる。この接着が硬化し
た後、担持体１２の全幅に亘って延在するアース電極２
０が接着剤の付与の下に引張力を与えられながら結合細
片１４の外側ターンへ巻回される。第２金属細片２１は
アース電極２０用の電気端子としてこのアース電極２０
と結合細片１４の外側ターンとの間に巻回される。金属
細片２１は金属細片１５と同様に担持体１２を越えてサ
イドへ突出している。良好な電気的接触を保証するため
に、金属細片２１とアース電極２０との間には接着剤が
存在してはならない。上述した接着は図５の細部Ｂを示
した図８に図示されているように単一の螺旋状接着剤層
Ｓを形成する。この接着剤層Ｓ内には信号電極１３と圧
電活性シート細片１６とが上述した実施例の場合と同様
に埋め込まれる。シート細片１６は従って結合膜１８か
ら接着剤層Ｓａによって分離されかつ結合膜１９から接
着剤層Ｓｂによって分離される。接着剤層Ｓｃ、Ｓｄは
信号電極１３を結合膜１９および担持体１２から分離す
る。

【００２６】層１３、１４、２０は層のそれぞれ必要な
長さの正確な認識の下に担持体１２上へ巻回される前に
それらの重畳個所に相互に有利に貼着され得る。このよ
うにして生成された“層系”は、硬化時間を待つ必要な
く、一工程にて接着剤の付与の下に引張力を与えられな
がら担持体１２上へ巻回され得る。

【００２７】上述した多層構成体はアース電極２０と本
質的に直方体状の保持部材２２との間に存在する接着剤
層Ｓ５によってその保持部材２２に結合されている。保
持部材２２の幅は担持体１２の幅に一致しており、この
保持部材２２はその一端面に上記多層構成体を収容する
ための凹状空所２３を有している。保持部材２２への多
層構成体の貼着はアース電極２０と空所２３の表面との
間で行われる。

【００２８】センサ面１７の領域では多層構成体はさら
に担持体１２の全幅に亘って延在する被覆層２４を取囲
み、この被覆層２４のアース電極２０に巻付けられた領
域はこのアース電極２０に貼着されている。被覆層２４
の自由端は保持部材２２の両側面に貼着されている。

【００２９】機能、寸法および材料に関して、図５ない
し図８に示された超音波センサの個々の層は図１ないし
図４に示された超音波センサの個々の層と一致してい
る。接着剤層Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓ５の機能
も同様に上述した実施例の対応する接着剤層の機能と一
致している。個々の層を結合するための接着剤としては
例えばシリコンゴムが適する。個々の層間に存在する接
着剤層は理解を容易にするという理由から図５ないし図
７には図示されていない。信号電極１３、シート細片１
６、金属細片１５、２１および結合細片１４は実際上極
めて狭いが、信号電極１３の領域、シート細片１６の領
域、金属細片１５、２１の領域および結合細片１４の端
部領域の図５および図６に示された隙間内に存在する接
着剤は同様に理解を容易にするという理由から図５ない
し図７には図示されていない。しかしながら、図８には
シート細片１６の例が図示されている。個々の層の厚み
は図５ないし図８においては誇張して図示されていると
いう事情のために、多層構成体は実際上非円形をしてお
り、図５に図示されたものに比べてずっと小さい。さら
に、図８においては接着剤層の厚みは他の層の厚みに比
べて誇張して図示されている。

【００３０】図５ないし図７に示されているのとは異な
り、被覆層２４にアース電極２０を完全に巻付けるよう
にすることもできる。この場合、保持部材２２への多層
構成体の固定は被覆層２４と被覆層２４の曲率半径に整
合する空所２３の表面との間の接着によって行われる。

【００３１】円筒状担持体１２の代わりに同様に他の形
状に成形された担持体を設けることができる。しかしな
がら、重要なことは、この担持体がセンサ面１７の領域
に凸状湾曲面を有し、それにより担持体上へ多層構成体
の構成要素を巻回する際センサ面１７の領域に気泡が発
生し得ないようにすることである。気泡発生の回避およ
び均一接着の生成は図４ないし図８に示された超音波セ
ンサの場合には個々の層を巻回する際に連続的に与えら
れる引張力によって特に促進される。

【００３２】図１ないし図４に示された超音波センサに
関連して説明した利点は図５ないし図８に示された超音
波センサに対しても同様に当てはまる。

【００３３】上述した実施例とは異なり、超音波センサ
は自己担持形多層構成体としても実施することができ、
その場合は担持体１０に相当する構成要素が不要にな
る。

【００３４】シート細片１はその全体が分極される必要
はない。シート細片１と信号電極２とが交差する領域に
十分な大きさの圧電活性シート領域が存在することで十
分である。

【００３５】多層構成体の機械的結合が他の方法で保証
される場合、層間には必要のない接着剤層を設ける必要
はない。特に結合膜と圧電シートならびに信号電極もし
くはアース電極との間には適切な音響特性を有する半流
動性の付着しない材料を設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図３におけるＩ−Ｉ線に沿う本発明による超音
波センサの一実施例を示す概略縦断面図。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う本発明による
超音波センサの一実施例を示す概略縦断面図。

【図３】図１における矢印ＩＩＩ方向に見た本発明によ
る超音波センサの一実施例を示す平面図。

【図４】図１におけるＡ部分を拡大して詳細に示した断
面図。

【図５】図７におけるＶ−Ｖ線に沿う本発明による超音
波センサの他の実施例を示す概略縦断面図。

【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿う本発明による
超音波センサの他の実施例を示す概略縦断面図。

【図７】図１における矢印ＶＩＩ方向に見た本発明によ
る超音波センサの他の実施例を示す平面図。

【図８】図５におけるＢ部分を拡大して詳細に示した断
面図。

【符号の説明】

１シート細片２信号電極３アース電極４リード線５リード線６結合膜７結合膜８被覆層９センサ面１０担持体１１端面１２担持体１３信号電極１４結合細片１５金属細片１６シート細片１７センサ面１８結合膜１９結合膜２０アース電極２１金属細片２２保持部材２３空所２４被覆層２５外被面Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓ１、Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ
接着剤層Ｓ２、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５接着剤層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの領域が分極されている
圧電シート（１；１６）と、この圧電シート（１；１
６）の一方の側面上に配置された信号電極（２；１３）
と、前記圧電シート（１；１６）の他方の側面上に配置
されたアース電極（３；２０）とを有し、少なくとも前
記信号電極（２；１３）と圧電シート（１；１６）との
間または前記アース電極（３；２０）と圧電シート
（１；１６）との間に弾性の柔軟性誘電体結合膜（６ま
たは７；１８または１９）が設けられ、前記結合膜は前
記圧電シート（１；１６）と前記信号電極（２；１３）
もしくは前記アース電極（３；２０）とから音響結合に
使われる材料の薄層（Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ３；
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓ）によって分離され、前記圧電シ
ート（１；１６）と前記信号電極（２；１３）と前記ア
ース電極（３；２０）と前記結合膜（６または７；１８
または１９）とは多層構成体の構成要素であり、前記信
号電極（２；１３）と前記圧電シート（１；１６）の分
極化領域とは感圧センサ面（９；１７）を形成する領域
が重畳することを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】少なくとも前記信号電極（２；１３）ま
たはアース電極（３；２０）には前記多層構成体の構成
要素として弾性の柔軟性被覆層（８；２４）が設けられ
ることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
【請求項３】前記信号電極（２；１３）および圧電シ
ート（１；１６）はそれぞれ細片状形状に形成され互い
に交差して配置されることを特徴とする請求項１または
２記載の超音波センサ。
【請求項４】少なくとも前記アース電極（３；２０）
または信号電極（２；１３）は衝撃波に耐える材料から
成る導電シートによって形成されることを特徴とする請
求項１ないし３の１つに記載の超音波センサ。
【請求項５】前記シートは高級鋼から形成されること
を特徴とする請求項４記載の超音波センサ。
【請求項６】前記圧電シート（１；１６）はポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）から形成されることを特徴と
する請求項１ないし５の１つに記載の超音波センサ。
【請求項７】少なくとも１つの結合膜（６または７；
１８または１９）は軟質ゴムまたは軟質ＰＶＣから形成
されることを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載
の超音波センサ。
【請求項８】前記信号電極もしくはアース電極を前記
圧電シート（１；１６）から分離する層（Ｓ１ａ、Ｓ１
ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ３；Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓ）はシリコン
ゴムから形成されることを特徴とする請求項１ないし７
の１つに記載の超音波センサ。
【請求項９】超音波センサは凸状湾曲面（１１；２
５）を備えて前記多層構成体を担持する担持体（１０；
１２）を有し、前記センサ面（９；１７）は前記湾曲面
（１１；２５）の領域に存在することを特徴とする請求
項１ないし８の１つに記載の超音波センサ。
【請求項１０】前記多層構成体の構成要素は互いに重
なって特に少なくとも本質的に円筒状の担持体（１２）
上へ巻回されることを特徴とする請求項９記載の超音波
センサ。