JP2002320293A - 音響変換器 - Google Patents
音響変換器Info
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- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易な構造で、低電圧で駆動することができ
る音響変換器を提供すること。 【解決手段】 分極方向が互いに逆向きで相互に鏡面対
称に分離して形成された２つの圧電層１、２と、２つの
圧電層に挟まれた電極４と、圧電層の電極と対向する面
上に形成された２枚の外部電極３、５とを有し、各外部
電極が同一電位で駆動され、各圧電層からの音波放射方
向を分極方向と直交する１の方向に揃えて形成される振
動子を複数、音波放射方向を揃えて配列し、分極方向の
振動子の幅が音波放射方向の圧電層の厚みの０．８倍以
下である構成を有している。また、分極方向の圧電層の
幅は、音波放射方向に沿って単調に変化するものでも、
さらに、背面負荷１２と音響整合層１１とを有し、音響
整合層１１と背面負荷１２とは、振動子の対抗する面上
に分離して配置されるのでもよい。また、各振動子を、
分極方向と音波放射方向を揃えて１次元的、２次元的に
配列した構成をも有する。
る音響変換器を提供すること。 【解決手段】 分極方向が互いに逆向きで相互に鏡面対
称に分離して形成された２つの圧電層１、２と、２つの
圧電層に挟まれた電極４と、圧電層の電極と対向する面
上に形成された２枚の外部電極３、５とを有し、各外部
電極が同一電位で駆動され、各圧電層からの音波放射方
向を分極方向と直交する１の方向に揃えて形成される振
動子を複数、音波放射方向を揃えて配列し、分極方向の
振動子の幅が音波放射方向の圧電層の厚みの０．８倍以
下である構成を有している。また、分極方向の圧電層の
幅は、音波放射方向に沿って単調に変化するものでも、
さらに、背面負荷１２と音響整合層１１とを有し、音響
整合層１１と背面負荷１２とは、振動子の対抗する面上
に分離して配置されるのでもよい。また、各振動子を、
分極方向と音波放射方向を揃えて１次元的、２次元的に
配列した構成をも有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響変換器に関す
る。特に、低電圧での駆動が可能な超音波変換器に関す
る。
る。特に、低電圧での駆動が可能な超音波変換器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、低電圧での駆動が可能な超音波変
換器としては、特開平11-299779号広報に記載されたも
のが知られている。図７に、従来の超音波変換器の構成
を示す。従来の超音波変換器において、圧電層７６ａ、
７６ｂ、７６ｃは音波放射方向に積層され、電極７７、
８０は導電膜８４で電気的に接続され、電極７８、７９
は導電膜８５で電気的に接続される。
換器としては、特開平11-299779号広報に記載されたも
のが知られている。図７に、従来の超音波変換器の構成
を示す。従来の超音波変換器において、圧電層７６ａ、
７６ｂ、７６ｃは音波放射方向に積層され、電極７７、
８０は導電膜８４で電気的に接続され、電極７８、７９
は導電膜８５で電気的に接続される。
【０００３】外部の電極７７には信号線８７、外部の電
極７８には信号線８８が設けられ、電気的に駆動され
る。このような電極層を積層構造とすることにより、圧
電層にかかる電気信号の電界強度は、単一層の場合に比
べ大となり、小さな駆動電圧でも大きな機械変位を得る
ことができる。
極７８には信号線８８が設けられ、電気的に駆動され
る。このような電極層を積層構造とすることにより、圧
電層にかかる電気信号の電界強度は、単一層の場合に比
べ大となり、小さな駆動電圧でも大きな機械変位を得る
ことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波変換器では、電極接続用の導電膜８４、８５
を設ける必要があるという問題があった。また、より大
きな電界強度を得るためには、積層数を増やさなければ
ならないという問題があった。
来の超音波変換器では、電極接続用の導電膜８４、８５
を設ける必要があるという問題があった。また、より大
きな電界強度を得るためには、積層数を増やさなければ
ならないという問題があった。
【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、電極接続用の導電膜を用いずに振動子
を構成することができ、また積層数を増やさずにより大
きな電界強度を得ることができ、簡単な構造かつ小さな
駆動電圧でも大きな機械変位を得ることができる音響変
換器を提供するものである。
なされたもので、電極接続用の導電膜を用いずに振動子
を構成することができ、また積層数を増やさずにより大
きな電界強度を得ることができ、簡単な構造かつ小さな
駆動電圧でも大きな機械変位を得ることができる音響変
換器を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の音響変換器は、
分極方向が互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形
成された２つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた
電極と、前記圧電層の前記電極と対向する面上に形成さ
れた２枚の外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電
位で駆動され、前記各圧電層からの音波放射方向を前記
分極方向と直交する１の方向に揃えて形成される振動子
を複数、前記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方
向の前記振動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の
厚みの０．８倍以下である構成を有している。この構成
により、同一電位の電極が振動子の外部に面しているた
め、電極間を接続する導電膜を用いることなく、低電圧
駆動が可能な音響変換器を実現することができる。
分極方向が互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形
成された２つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた
電極と、前記圧電層の前記電極と対向する面上に形成さ
れた２枚の外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電
位で駆動され、前記各圧電層からの音波放射方向を前記
分極方向と直交する１の方向に揃えて形成される振動子
を複数、前記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方
向の前記振動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の
厚みの０．８倍以下である構成を有している。この構成
により、同一電位の電極が振動子の外部に面しているた
め、電極間を接続する導電膜を用いることなく、低電圧
駆動が可能な音響変換器を実現することができる。
【０００７】また、本発明の音響変換器は、分極方向が
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記分極方向の前記圧電層の幅は、前
記音波放射方向に沿って単調に変化する構成を有してい
る。この構成により、圧電層の幅を変えることができる
ため、放射する音波の帯域を拡張することが可能な音響
変換器を実現することができる。
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記分極方向の前記圧電層の幅は、前
記音波放射方向に沿って単調に変化する構成を有してい
る。この構成により、圧電層の幅を変えることができる
ため、放射する音波の帯域を拡張することが可能な音響
変換器を実現することができる。
【０００８】また、本発明の音響変換器は、分極方向が
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、さらに、前記圧電層
の分極方向と概平行な面上に背面負荷を備えた構成を有
している。この構成により、圧電層の分極方向にほぼ平
行な面に背面負荷を有するため、放射する音波の帯域を
拡張することが可能な音響変換器を実現することができ
る。
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、さらに、前記圧電層
の分極方向と概平行な面上に背面負荷を備えた構成を有
している。この構成により、圧電層の分極方向にほぼ平
行な面に背面負荷を有するため、放射する音波の帯域を
拡張することが可能な音響変換器を実現することができ
る。
【０００９】また、本発明の音響変換器は、分極方向が
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、さらに、前記圧電層
の分極方向と概平行な面上に音響整合層を備えた構成を
有している。この構成により、振動子と音響放射空間と
の音響整合をとることができるため、放射する音波の帯
域を拡張することが可能な音響変換器を実現することが
できる。
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、さらに、前記圧電層
の分極方向と概平行な面上に音響整合層を備えた構成を
有している。この構成により、振動子と音響放射空間と
の音響整合をとることができるため、放射する音波の帯
域を拡張することが可能な音響変換器を実現することが
できる。
【００１０】また、本発明の音響変換器は、分極方向が
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、さらに、背面負荷と
音響整合層とを有し、前記音響整合層と前記背面負荷と
は、前記前記振動子の対抗する面上に分離して配置され
る構成を有している。この構成により、音響整合層と背
面負荷とを効果的に利用することができるため、放射す
る音波の帯域を拡張することが可能な音響変換器を実現
することができる。
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、さらに、背面負荷と
音響整合層とを有し、前記音響整合層と前記背面負荷と
は、前記前記振動子の対抗する面上に分離して配置され
る構成を有している。この構成により、音響整合層と背
面負荷とを効果的に利用することができるため、放射す
る音波の帯域を拡張することが可能な音響変換器を実現
することができる。
【００１１】また、本発明の音響変換器は、分極方向が
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、前記分極方向と前記
音波放射方向とを揃えて前記分極方向に線上配列され、
前記各振動子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続さ
れる構成を有している。この構成により、各隣り合う外
部電極が相互に接続されるため、外部電極と信号線との
接続を容易にできる音響変換器を実現することができ
る。
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、前記分極方向と前記
音波放射方向とを揃えて前記分極方向に線上配列され、
前記各振動子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続さ
れる構成を有している。この構成により、各隣り合う外
部電極が相互に接続されるため、外部電極と信号線との
接続を容易にできる音響変換器を実現することができ
る。
【００１２】また、本発明の音響変換器は、分極方向が
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、前記分極方向と前記
音波放射方向とを揃えて同一面上に配列され、前記各振
動子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続される構成
を有している。この構成により、各振動子が２次元配列
されるため、低電圧駆動が可能な２次元的な音響変換器
を実現することができる。
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、前記分極方向と前記
音波放射方向とを揃えて同一面上に配列され、前記各振
動子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続される構成
を有している。この構成により、各振動子が２次元配列
されるため、低電圧駆動が可能な２次元的な音響変換器
を実現することができる。
【００１３】また、本発明の音響変換器は、分極方向が
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、前記分極方向と前記
音波放射方向とを揃えて同一面上に配列され、前記各振
動子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続され、前記
分極方向と前記音波放射方向とに直交する方向の前記振
動子の幅は、前記音波放射方向の前記各圧電層の厚みの
０．８倍以下である構成を有している。この構成によ
り、各振動子が２次元配列され、各振動子の構造の適正
化を図ることができるため、放射する音波の帯域を拡張
し、低電圧駆動が可能な２次元的な音響変換器を実現す
ることができる。
互いに逆向きで相互に鏡面対称に分離して形成された２
つの圧電層と、前記２つの圧電層に挟まれた電極と、前
記圧電層の前記電極と対向する面上に形成された２枚の
外部電極とを有し、前記各外部電極が同一電位で駆動さ
れ、前記各圧電層からの音波放射方向を前記分極方向と
直交する１の方向に揃えて形成される振動子を複数、前
記音波放射方向を揃えて配列し、前記分極方向の前記振
動子の幅が前記音波放射方向の前記圧電層の厚みの０．
８倍以下であり、前記各振動子は、前記分極方向と前記
音波放射方向とを揃えて同一面上に配列され、前記各振
動子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続され、前記
分極方向と前記音波放射方向とに直交する方向の前記振
動子の幅は、前記音波放射方向の前記各圧電層の厚みの
０．８倍以下である構成を有している。この構成によ
り、各振動子が２次元配列され、各振動子の構造の適正
化を図ることができるため、放射する音波の帯域を拡張
し、低電圧駆動が可能な２次元的な音響変換器を実現す
ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態
の、音響変換器の模式的な断面図を図１に示す。図１に
おいて、圧電層１および圧電層２は、例えば圧電セラミ
ックス、とりわけ電気機械結合係数ｋ３１の大きな材料
が用いられる。
て、図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態
の、音響変換器の模式的な断面図を図１に示す。図１に
おいて、圧電層１および圧電層２は、例えば圧電セラミ
ックス、とりわけ電気機械結合係数ｋ３１の大きな材料
が用いられる。
【００１５】圧電層１の分極方向と圧電層２の分極方向
は互いに逆向きに対向し、その方向は音波放射方向に直
交する。圧電層１、２の分極方向を矢印で示す。内部電
極４は圧電層１と２の境界に設けられる。圧電層１と２
の境界は分極方向と直交する。外部電極３は圧電層１に
関して内部電極４とは反対側に設けられる。外部電極５
は圧電層２に関して電極４とは反対側に設けられる。
は互いに逆向きに対向し、その方向は音波放射方向に直
交する。圧電層１、２の分極方向を矢印で示す。内部電
極４は圧電層１と２の境界に設けられる。圧電層１と２
の境界は分極方向と直交する。外部電極３は圧電層１に
関して内部電極４とは反対側に設けられる。外部電極５
は圧電層２に関して電極４とは反対側に設けられる。
【００１６】圧電層１および２、外部電極３、５、内部
電極４により、振動子Ｅ１を構成する。圧電層１、２の
分極方向と同一方向に配列方向（１）が選ばれ、配列方
向（１）には振動子Ｅ２が配列される。導電体６は振動
子Ｅ１の外部電極３と振動子Ｅ２の外部電極を電気的に
接続する。導電体７は振動子Ｅ１の外部電極５と、他の
振動子に設けられた外部電極を接続する。
電極４により、振動子Ｅ１を構成する。圧電層１、２の
分極方向と同一方向に配列方向（１）が選ばれ、配列方
向（１）には振動子Ｅ２が配列される。導電体６は振動
子Ｅ１の外部電極３と振動子Ｅ２の外部電極を電気的に
接続する。導電体７は振動子Ｅ１の外部電極５と、他の
振動子に設けられた外部電極を接続する。
【００１７】信号線８は導電体６に接続される。信号線
９は振動子Ｅ１の内部電極４に接続される。信号線１０
は振動子Ｅ２の内部電極に接続される。圧電層２の分極
方向は圧電層１の分極方向とは逆向きで対向し、一方、
電界の向きも逆になるように信号線８を外部電極３、５
に、信号線９を内部電極４に結線しているので、圧電層
１、２を、互いに同相で励振することが出来る。
９は振動子Ｅ１の内部電極４に接続される。信号線１０
は振動子Ｅ２の内部電極に接続される。圧電層２の分極
方向は圧電層１の分極方向とは逆向きで対向し、一方、
電界の向きも逆になるように信号線８を外部電極３、５
に、信号線９を内部電極４に結線しているので、圧電層
１、２を、互いに同相で励振することが出来る。
【００１８】音響整合層１１は圧電層１、２の分極方向
と平行な面に設けられる。背面負荷１２は圧電層１、２
の分極方向と平行な面に設けられる。音響整合層１１と
背面負荷１２は圧電層１、２の互いに対向する面に設け
られる。振動子Ｅ１、Ｅ２、導電体６、７、信号線８、
９、１０等により音響変換器を構成する。音響変換器の
音波放射面側に被検体１３は配置される。
と平行な面に設けられる。背面負荷１２は圧電層１、２
の分極方向と平行な面に設けられる。音響整合層１１と
背面負荷１２は圧電層１、２の互いに対向する面に設け
られる。振動子Ｅ１、Ｅ２、導電体６、７、信号線８、
９、１０等により音響変換器を構成する。音響変換器の
音波放射面側に被検体１３は配置される。
【００１９】以上のように構成された音響変換器につい
て、図２を用いてその動作を説明する。図２は分極方向
の幅Ｗ１＝０．２４ｍｍ、音波放射方向の厚みＴ＝０．
４８ｍｍ、Ｗ１／Ｔ＝０．５、の断面を有する振動子の
共振特性である。図２において縦軸は振動子のインピー
ダンス絶対値の相対値、横軸は周波数である。
て、図２を用いてその動作を説明する。図２は分極方向
の幅Ｗ１＝０．２４ｍｍ、音波放射方向の厚みＴ＝０．
４８ｍｍ、Ｗ１／Ｔ＝０．５、の断面を有する振動子の
共振特性である。図２において縦軸は振動子のインピー
ダンス絶対値の相対値、横軸は周波数である。
【００２０】振動子は、共振周波数ｆｒ１＝２．９１Ｍ
Ｈｚにおいて、音波放射方向の振動が励振される。ま
た、その反共振周波数ｆａｒ１＝３．４３ＭＨｚであ
り、電気機械結合係数ｋは５７％となる。図２の共振周
波数ｆｒ２においては、配列方向（１）の振動が励振さ
れる。Ｗ１／Ｔの値が１に近づくにつれ、共振周波数ｆ
ｒ１とｆｒ２の値が近づき、音波放射方向の振動を広い
周波数に亘って励振することが難しい。
Ｈｚにおいて、音波放射方向の振動が励振される。ま
た、その反共振周波数ｆａｒ１＝３．４３ＭＨｚであ
り、電気機械結合係数ｋは５７％となる。図２の共振周
波数ｆｒ２においては、配列方向（１）の振動が励振さ
れる。Ｗ１／Ｔの値が１に近づくにつれ、共振周波数ｆ
ｒ１とｆｒ２の値が近づき、音波放射方向の振動を広い
周波数に亘って励振することが難しい。
【００２１】このため音波放射方向の振動を広い周波数
に亘って励振するにはＷ１／Ｔ＜０．８とし、共振周波
数ｆｒ１とｆｒ２の値を離すことが望ましい。つまり、
分極方向の振動子の幅Ｗ１が音波放射方向の圧電層の厚
みＴの０．８以下であることが望ましい。圧電層１にか
かる電界強度は電極３、４の間の距離に反比例する。従
って、振動子の幅Ｗ１を狭めれば、積層数を増やさなく
ても電界強度を上げ、小さな電圧で、大きな機械変位を
得ることが出来る。
に亘って励振するにはＷ１／Ｔ＜０．８とし、共振周波
数ｆｒ１とｆｒ２の値を離すことが望ましい。つまり、
分極方向の振動子の幅Ｗ１が音波放射方向の圧電層の厚
みＴの０．８以下であることが望ましい。圧電層１にか
かる電界強度は電極３、４の間の距離に反比例する。従
って、振動子の幅Ｗ１を狭めれば、積層数を増やさなく
ても電界強度を上げ、小さな電圧で、大きな機械変位を
得ることが出来る。
【００２２】振動子Ｅ１、Ｅ２には音響整合層１１が設
けられ、電気音響変換の効率、周波数特性が改善され
る。また、振動子Ｅ１、Ｅ２には背面負荷１２が設けら
れ音響変換器の周波数特性が改善される。
けられ、電気音響変換の効率、周波数特性が改善され
る。また、振動子Ｅ１、Ｅ２には背面負荷１２が設けら
れ音響変換器の周波数特性が改善される。
【００２３】図３は振動子の１次元配列の具体的な例で
ある。図３において、圧電層２１は直方体であり、その
分極方向は配列方向（１）に平行である。圧電層２２
は、圧電層２１と同一形状である。圧電層２２の分極方
向と圧電層２１の分極方向は逆向きに対向している。圧
電層２１と圧電層２２等により振動子Ｅ１を構成する。
ある。図３において、圧電層２１は直方体であり、その
分極方向は配列方向（１）に平行である。圧電層２２
は、圧電層２１と同一形状である。圧電層２２の分極方
向と圧電層２１の分極方向は逆向きに対向している。圧
電層２１と圧電層２２等により振動子Ｅ１を構成する。
【００２４】振動子Ｅ１の、配列方向(１)の幅はＷ１、
音波放射方向の厚みはＴである。音波放射方向および配
列方向（１）のいずれにも直交する短軸方向に関し、振
動子の長さはＬである。振動子Ｅ１の短軸方向の長さＬ
は、振動子の厚みＴよりも十分に大きい。振動子Ｅ１と
同一構成の振動子Ｅ２、Ｅ３が配列方向（１）に配列さ
れる。振動子Ｅ１〜Ｅ３には背面負荷２５が設けられ
る。以上のように構成された音響変換器は図１に説明し
たと同様に動作する。
音波放射方向の厚みはＴである。音波放射方向および配
列方向（１）のいずれにも直交する短軸方向に関し、振
動子の長さはＬである。振動子Ｅ１の短軸方向の長さＬ
は、振動子の厚みＴよりも十分に大きい。振動子Ｅ１と
同一構成の振動子Ｅ２、Ｅ３が配列方向（１）に配列さ
れる。振動子Ｅ１〜Ｅ３には背面負荷２５が設けられ
る。以上のように構成された音響変換器は図１に説明し
たと同様に動作する。
【００２５】図４は振動子の２次元配列の具体的な例で
ある。図４において、圧電層３１は直方体であり、その
分極方向は配列方向（１）に平行である。圧電層３２も
直方体である。圧電層３２の分極方向と圧電層３１の分
極方向は逆向きに対向している。圧電層３１と圧電層３
２等により振動子Ｅ１,１を構成する。
ある。図４において、圧電層３１は直方体であり、その
分極方向は配列方向（１）に平行である。圧電層３２も
直方体である。圧電層３２の分極方向と圧電層３１の分
極方向は逆向きに対向している。圧電層３１と圧電層３
２等により振動子Ｅ１,１を構成する。
【００２６】振動子Ｅ１,１の、配列方向(１)の幅はＷ
１、音波放射方向の厚みはＴである。音波放射方向およ
び配列方向（１）のいずれにも直交する配列方向（２）
に関し、振動子Ｅ１,１の幅はＷ２である。振動子Ｅ１,
１と同一構成の振動子Ｅ１,２、Ｅ１,３が配列方向
（１）に配列され、振動子Ｅ２,１、Ｅ３,１が配列方向
（２）に配列される。各振動子には背面負荷３５が設け
られる。以上のように構成された音響変換器は図１に説
明したと同様に動作する。
１、音波放射方向の厚みはＴである。音波放射方向およ
び配列方向（１）のいずれにも直交する配列方向（２）
に関し、振動子Ｅ１,１の幅はＷ２である。振動子Ｅ１,
１と同一構成の振動子Ｅ１,２、Ｅ１,３が配列方向
（１）に配列され、振動子Ｅ２,１、Ｅ３,１が配列方向
（２）に配列される。各振動子には背面負荷３５が設け
られる。以上のように構成された音響変換器は図１に説
明したと同様に動作する。
【００２７】以上、本発明の第１の実施の形態では、振
動子を、分極方向が互いに逆向きに対向した２層の圧電
層より構成し、２層の圧電層が互いに接する境界面が分
極方向にほぼ直交し、境界面に内部電極が設けられ、圧
電層の境界面とは反対側の面の外部電極を同一電位と
し、分極方向とほぼ直交する方向を音波放射方向とす
る。
動子を、分極方向が互いに逆向きに対向した２層の圧電
層より構成し、２層の圧電層が互いに接する境界面が分
極方向にほぼ直交し、境界面に内部電極が設けられ、圧
電層の境界面とは反対側の面の外部電極を同一電位と
し、分極方向とほぼ直交する方向を音波放射方向とす
る。
【００２８】そして、振動子が分極方向に複数配列され
る１次元配列の場合には、振動子の分極方向の幅W1と、
音波放射方向の厚みTに対して、W1／T＜０．８とする。
また、振動子が分極方向、および、配列方向(２)に複数
配列される２次元配列の場合には、振動子の分極方向の
幅W1、および振動子の配列方向(２)の幅W２と、音波放
射方向の厚みTに対して、W1／T＜０．８、W２／T＜０．
８とする。
る１次元配列の場合には、振動子の分極方向の幅W1と、
音波放射方向の厚みTに対して、W1／T＜０．８とする。
また、振動子が分極方向、および、配列方向(２)に複数
配列される２次元配列の場合には、振動子の分極方向の
幅W1、および振動子の配列方向(２)の幅W２と、音波放
射方向の厚みTに対して、W1／T＜０．８、W２／T＜０．
８とする。
【００２９】以上説明したように、本発明の第１の実施
の形態の音響変換器は、上記に例示される構成により、
積層数を増やさず、電極接続用の導電膜等を用いずに、
簡単な構成の音響変換器で、小さな駆動電圧により大き
な機械変位を発生することが可能な音響変換器を実現す
ることができる。
の形態の音響変換器は、上記に例示される構成により、
積層数を増やさず、電極接続用の導電膜等を用いずに、
簡単な構成の音響変換器で、小さな駆動電圧により大き
な機械変位を発生することが可能な音響変換器を実現す
ることができる。
【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態の音響変
換器を図５に示す。図５において、圧電層４１、４２の
分極方向を矢印で示す。圧電層４１、４２の分極方向と
同一方向に配列方向（１）が選ばれる。圧電層４１と圧
電層４２の断面は台形状であり、その配列方向（１）の
幅はＷ１ｂからＷ１ｔまで単調に変化する。
換器を図５に示す。図５において、圧電層４１、４２の
分極方向を矢印で示す。圧電層４１、４２の分極方向と
同一方向に配列方向（１）が選ばれる。圧電層４１と圧
電層４２の断面は台形状であり、その配列方向（１）の
幅はＷ１ｂからＷ１ｔまで単調に変化する。
【００３１】圧電層４１の分極方向と圧電層４２の分極
方向は互いに逆向きに対向し、その方向は音波放射方向
に直交する。圧電層４１、４２が互いに接する境界面は
分極方向にほぼ直交する。内部電極４４は圧電層４１と
４２の境界面に設けられる。外部の電極４３は圧電層４
１に関して電極４４とは反対側に設けられる。外部電極
４５は圧電層４２に関して電極４４とは反対側に設けら
れる。
方向は互いに逆向きに対向し、その方向は音波放射方向
に直交する。圧電層４１、４２が互いに接する境界面は
分極方向にほぼ直交する。内部電極４４は圧電層４１と
４２の境界面に設けられる。外部の電極４３は圧電層４
１に関して電極４４とは反対側に設けられる。外部電極
４５は圧電層４２に関して電極４４とは反対側に設けら
れる。
【００３２】一方、電界の向きも逆になるように電極４
３、４４、４５を結線しているので、圧電層４１、４２
を、互いに同相で励振することが出来る。圧電層４１お
よび４２、電極４３、４４、４５により、振動子Ｅ１を
構成する。配列方向（１）には振動子Ｅ２が配列され
る。背面負荷４６は圧電層４１、４２の分極方向と平行
な面に設けられる。
３、４４、４５を結線しているので、圧電層４１、４２
を、互いに同相で励振することが出来る。圧電層４１お
よび４２、電極４３、４４、４５により、振動子Ｅ１を
構成する。配列方向（１）には振動子Ｅ２が配列され
る。背面負荷４６は圧電層４１、４２の分極方向と平行
な面に設けられる。
【００３３】以上のように構成された音響変換器につい
て、図６を用いてその動作を説明する。まず、図６はＷ
１ｔ＝０．１２ｍｍ、Ｗ１ｂ＝０．２４ｍｍ、Ｔ＝０．
４８ｍｍの断面を有する振動子の共振特性である。図６
において縦軸は振動子のインピーダンス絶対値の相対
値、横軸は周波数である。
て、図６を用いてその動作を説明する。まず、図６はＷ
１ｔ＝０．１２ｍｍ、Ｗ１ｂ＝０．２４ｍｍ、Ｔ＝０．
４８ｍｍの断面を有する振動子の共振特性である。図６
において縦軸は振動子のインピーダンス絶対値の相対
値、横軸は周波数である。
【００３４】振動子は、共振周波数ｆｒ１＝３．００Ｍ
Ｈｚにおいて、音波放射方向の振動が励振される。図６
の共振周波数ｆｒ２においては、インピーダンスの変化
が小さく、配列方向（１）の振動が強く励振されていな
い。これは、配列方向（１）に振動子の幅がＷ１ｔ〜Ｗ
１ｂと変化し、配列方向（１）に共振しにくいためであ
る。また、Ｗ１ｔ／Ｔ＜０．８、Ｗ１ｂ／Ｔ＜０．８と
することにより、共振周波数ｆｒ２を共振周波数ｆｒ１
空は成すことが出来る。
Ｈｚにおいて、音波放射方向の振動が励振される。図６
の共振周波数ｆｒ２においては、インピーダンスの変化
が小さく、配列方向（１）の振動が強く励振されていな
い。これは、配列方向（１）に振動子の幅がＷ１ｔ〜Ｗ
１ｂと変化し、配列方向（１）に共振しにくいためであ
る。また、Ｗ１ｔ／Ｔ＜０．８、Ｗ１ｂ／Ｔ＜０．８と
することにより、共振周波数ｆｒ２を共振周波数ｆｒ１
空は成すことが出来る。
【００３５】このようにして、共振周波数ｆｒ１を中心
にした広帯域動作が可能である。圧電層４１にかかる電
界強度は電極４３，４４の間の距離に反比例する。従っ
て、振動子の幅Ｗ１ｔおよびＷ１ｂを狭めれば、積層数
を増やさなくても電界強度を上げ、小さな電圧で、大き
な機械変位を得ることが出来る。振動子Ｅ１、Ｅ２には
背面負荷４６が設けられ音響変換器の周波数特性が改善
される。
にした広帯域動作が可能である。圧電層４１にかかる電
界強度は電極４３，４４の間の距離に反比例する。従っ
て、振動子の幅Ｗ１ｔおよびＷ１ｂを狭めれば、積層数
を増やさなくても電界強度を上げ、小さな電圧で、大き
な機械変位を得ることが出来る。振動子Ｅ１、Ｅ２には
背面負荷４６が設けられ音響変換器の周波数特性が改善
される。
【００３６】以上のように本発明の第２の実施の形態に
よれば、振動子の分極方向の幅W１が、音波放射方向に
関して単調に変化することことにより、広帯域でかつ、
小さな駆動電圧で、大きな機械変位を発生する音響変換
器を得ることができる。
よれば、振動子の分極方向の幅W１が、音波放射方向に
関して単調に変化することことにより、広帯域でかつ、
小さな駆動電圧で、大きな機械変位を発生する音響変換
器を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第２の実
施の形態の音響変換器は、振動子を２層の圧電層で構成
し、圧電層の分極方向を互いに対向させ、分極方向とほ
ぼ直交する方向を音波放射方向とすることにより、小さ
な駆動電圧で、大きな機械変位を発生する音響変換器を
実現することができる。
施の形態の音響変換器は、振動子を２層の圧電層で構成
し、圧電層の分極方向を互いに対向させ、分極方向とほ
ぼ直交する方向を音波放射方向とすることにより、小さ
な駆動電圧で、大きな機械変位を発生する音響変換器を
実現することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における音響変換器
の断面図
の断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における音響変換器
の動作説明のための周波数特性図
の動作説明のための周波数特性図
【図３】本発明の第１の実施の形態における音響変換器
の斜視図
の斜視図
【図４】本発明の第１の実施の形態における音響変換器
の斜視図
の斜視図
【図５】本発明の第２の実施の形態における音響変換器
の断面図
の断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態における音響変換器
の動作説明のための周波数特性図
の動作説明のための周波数特性図
【図７】従来の音響変換器の断面図
１、２、２１、２２、３１、３２、４１、４２ 圧電層 ３、５、４３、４５ 外部電極 ４、４４ 内部電極 ６、７ 導電体 ８、９、１０ 信号線 １１ 音響整合層 １２、２５、３５、４６ 背面負荷 １３ 被検体 ７６ａ、７６ｂ、７６ｃ 圧電層 ７７、７８、７９、８０ 電極 ８４、８５ 電極接続用薄膜 ８７、８８ 信号線 Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ１,１〜Ｅ３,３ 振動子 Ｌ 振動子の長さ Ｔ 振動子の厚み Ｗ１、Ｗ１ｔ、Ｗ１ｂ、Ｗ２ 振動子の幅
Claims (8)
- 【請求項１】 分極方向が互いに逆向きで相互に鏡面対
称に分離して形成された２つの圧電層と、前記２つの圧
電層に挟まれた電極と、前記圧電層の前記電極と対向す
る面上に形成された２枚の外部電極とを有し、前記各外
部電極が同一電位で駆動され、前記各圧電層からの音波
放射方向を前記分極方向と直交する１の方向に揃えて形
成される振動子を複数、前記音波放射方向を揃えて配列
し、前記分極方向の前記振動子の幅が前記音波放射方向
の前記圧電層の厚みの０．８倍以下であることを特徴と
する音響変換器。 - 【請求項２】 前記分極方向の前記圧電層の幅は、前記
音波放射方向に沿って単調に変化することを特徴とする
請求項１記載の音響変換器。 - 【請求項３】 前記各振動子は、さらに、前記圧電層の
分極方向と概平行な面上に背面負荷を有することを特徴
とする請求項１または２に記載の音響変換器。 - 【請求項４】 前記各振動子は、さらに、前記圧電層の
分極方向と概平行な面上に音響整合層を有することを特
徴とする請求項１または２に記載の音響変換器。 - 【請求項５】 前記各振動子は、さらに、背面負荷を有
し、前記音響整合層と前記背面負荷とは、前記前記振動
子の対抗する面上に分離して配置されることを特徴とす
る請求項４に記載の音響変換器。 - 【請求項６】 前記各振動子は、前記分極方向と前記音
波放射方向とを揃えて前記分極方向に線上配列され、前
記各振動子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続され
ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
の音響変換器。 - 【請求項７】 前記各振動子は、前記分極方向と前記音
波放射方向とを揃えて同一面上に配列され、前記各振動
子の隣り合う外部電極が相互に導体で接続されることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の音響変
換器。 - 【請求項８】 前記分極方向と前記音波放射方向とに直
交する方向の前記振動子の幅は、前記音波放射方向の前
記各圧電層の厚みの０．８倍以下であることを特徴とす
る請求項７記載の音響変換器。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2001125510A JP3485904B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 音響変換器 |
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| EP02008901A EP1262245A3 (en) | 2001-04-24 | 2002-04-20 | Sound converting apparatus |
| CN02124668.8A CN1239273C (zh) | 2001-04-24 | 2002-04-24 | 声音转换装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001125510A JP3485904B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 音響変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002320293A true JP2002320293A (ja) | 2002-10-31 |
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001125510A Expired - Fee Related JP3485904B2 (ja) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | 音響変換器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1262245A3 (ja) |
| JP (1) | JP3485904B2 (ja) |
| CN (1) | CN1239273C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US4890268A (en) * | 1988-12-27 | 1989-12-26 | General Electric Company | Two-dimensional phased array of ultrasonic transducers |
| EP0383972B1 (de) * | 1989-02-22 | 1993-12-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultraschall-Array mit trapezförmigen Schwingerelementen sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung |
| US5135001A (en) * | 1990-12-05 | 1992-08-04 | C. R. Bard, Inc. | Ultrasound sheath for medical diagnostic instruments |
| CA2139151A1 (en) * | 1994-01-14 | 1995-07-15 | Amin M. Hanafy | Two-dimensional acoustic array and method for the manufacture thereof |
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