JP2019114955A - 超音波トランスデューサ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波送信時のノイズ放出や受信時のノイズ混入の抑制が可能な超音波トランスデューサを提供する。【解決手段】超音波トランスデューサ１は、第１の圧電素子１０は、第１の圧電体１１を介して第１の電極１２と第２の電極１３とが対向配置され、第２の圧電素子２０は、第２の圧電体２１を介して第３の電極２２と第４の電極２３とが対向配置され、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間の静電容量と、第３の電極２２と第４の電極２３との間の静電容量とが互いに等しくなるように構成され、第２の電極１３と第４の電極２３とが電気的に短絡されており、ダイアフラムが共振周波数で振動する時に、第２の電極１３と第４の電極２３との電位に対して第１の電極１２の電位の極性と第３の電極２２の電位の極性とが互いに逆である。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性体からなるダイアフラムに接着され、超音波の送信時にダイアフラムを振動させる駆動力を発生する、又は、超音波の受信時に電気信号を発生する圧電素子を有する超音波トランスデューサに関する。

従来、超音波の送受信に超音波トランスデューサが利用されてきた。超音波トランスデューサの一例として、有底筒状ケースの底面がダイアフラム状であり、当該底面に圧電素子が一つ接着されたものがある。この種の超音波トランスデューサでは、例えば、超音波を送受信する際にダイアフラムと圧電素子とが振動変形し、当該圧電素子の一対の電極のうちの一方の電極がセンサ回路の接地電位に接続され、他方の電極が信号線として用いられ、信号が入出力される。また、超音波トランスデューサには、複数の圧電素子を備えて構成されているものもある（例えば特許文献１及び２等）。

特許文献１には超音波送受波器が開示されている。この超音波送受波器は、圧電素子が接合され、超音波の送受信面となるダイアフラムにリング状の溝を設けることにより２以上の共振点を設け、上記リング状の溝の内外に異なる圧電素子を接合し、上記共振点のダイアフラムの変形に合わせた駆動信号を上記各圧電素子に印加することにより一つのトランスデューサにて複数の周波数で駆動できるようにしている。

特許文献２には水中で使用される音響模擬信号標的用送受波器が開示されている。この音響模擬信号標的用送受波器は、受信した音波を電気信号に変換し、変換した電気信号を再度音波に変換して送信する。ここで、再度、送信される音波の振幅が、先に送信した音波の振幅よりも大きくなるとハウリングが生じ、正常な動作ができなくなってしまう。そこで、特許文献２に記載の技術は、円筒状の圧電素子の外側に共通電極を形成し、円筒状の圧電素子の内側に円周を４等分した電極を形成し、２組の対向する電極間の受信信号差を元に送信信号を形成している。これにより、送信時の音波、又は振動が受信信号に混入されることを防ぎ、ハウリングが抑制される。

特開２００９−５５４５８号公報 特開２００９−８４２５号公報

上述した有底筒状ケースの底面に圧電素子が一つ接着された超音波トランスデューサでは、信号の入出力に用いられる信号線が１本であるので、超音波送信時のノイズ放出や受信時のノイズ混入の抑制が難しい。特許文献１に記載の技術は、超音波トランスデューサの共振モードを複数持たせる方法であり、２つの圧電素子に送信時に駆動信号が印加されるが、各圧電素子に印加される駆動信号についての有意差や受信信号については開示されていない。特許文献２に記載の技術は、送信部から受信部、増幅器を介したループゲインが１以下となるように構成することに主眼がおかれており、ソナーとしてのセンサ動作をさせるためのノイズ対策ではない。

そこで、超音波送信時のノイズ放出や受信時のノイズ混入の抑制が可能な超音波トランスデューサが求められる。

本発明に係る超音波トランスデューサの特徴構成は、弾性体からなるダイアフラムに接着され、超音波の送信時に前記ダイアフラムを振動させる駆動力を発生する、又は、前記超音波の受信時に電気信号を発生する圧電素子を有する超音波トランスデューサであって、前記圧電素子は、第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とから構成され、前記第１の圧電素子は、第１の圧電体の一方の面に第１の電極が形成され、前記第１の電極と対向するように前記第１の圧電体の他方の面に第２の電極が形成され、前記第２の圧電素子は、第２の圧電体の一方の面に第３の電極が形成され、前記第３の電極と対向するように前記第２の圧電体の他方の面に第４の電極が形成され、前記第２の電極と前記第４の電極とが電気的に短絡されており、前記ダイアフラムが共振周波数で振動する時に、前記第２の電極と前記第４の電極との電位に対して上記ダイアフラムの変形に伴い、第１の圧電素子と第２の圧電素子に対し、ダイアフラムと平行な方向に印加される歪によって誘起される前記第１の電極の電位の極性と前記第３の電極の電位の極性とが互いに逆である点にある。

このような特徴構成とすれば、第１の圧電素子及び第２の圧電素子の静電容量が互いに等しく、超音波トランスデューサの共振周波数の音波の受信時に互いに逆相となる信号を出力するので、例えば受信回路に差動増幅器を用いた場合、超音波の受信時に第１の圧電素子の第１の電極及び第２の圧電素子の第３の電極から差動増幅器の入力までに挿入されるフィルタ等の回路を等価とすれば、第１の電極の出力と第３の電極の出力との位相関係が保たれ、反転したまま差動増幅器に入力され、受信信号レベルを大きくすることができる。また、第１の圧電素子及び第２の圧電素子を含め差動入力器までの回路構成が等価であるため、第１の電極と差動増幅器の入力間、及び第３の電極と差動増幅器の入力間で混入する外乱が略等しく、上記差動増幅器で外乱の影響を抑制できる。一方、駆動時には第１の電極及び第３の電極に対して等価の回路を介して互いに逆相となる電圧又は電流を印加した場合、電源と電極間では電流、電圧共に等価で逆相となるため、外部へのノイズの放出が抑制できる。

また、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とは、前記ダイアフラムが前記共振周波数で振動する時に、前記ダイアフラムにおける互いに異なる方向の歪が生じる位置に配置されていると好適である。

例えば、上記構成の一例として、超音波トランスデューサを有底筒状ケースの底面が超音波の送受信時に変形するダイアフラムで構成した場合、ダイアフラムの垂直方向の振動の共振点におけるダイアフラムの変形には、ダイアフラム面内において圧縮歪と引っ張り歪とが分布する。第1の圧電素子と第２の圧電素子とが電極面に平行な歪に対して各電極間に電圧を発生し、歪の極性が互いに同じ場合に第２の電極及び第４の電極の電位に対して第1の電極及び第３の電極には互いに同じ極性の電圧が発生するような圧電素子を用い、共振点におけるダイアフラムのケースの外側への最大変位時にダイアフラムに圧縮歪が印加される部位に第１の圧電素子を、引っ張り歪が印加される部位に第２の圧電素子を接合することにより、受信時に第１の電極と第３の電極とには逆の電圧が発生する圧電素子を実現できる。なお、ダイアフラムが導電性であり、第２の電極と第４の電極とがダイアフラムに接合されると、配線の取り回しを簡便に行うことができる。

あるいは、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とが、前記ダイアフラムが前記共振周波数で振動する時に、前記ダイアフラムにおける互いに同じ方向の歪が生じる位置に配置されていても良い。

このような構成とすれば、第１の圧電素子と第２の圧電素子とが電極面に平行な歪に対して各電極間に電圧を発生し、上記歪の極性が同じ場合に第２の電極及び第４の電極の電位に対して第１の電極と第３の電極とには逆の極性の電圧が発生するような圧電素子を用い、共振点におけるダイアフラムに印加されるダイアフラムの平行方向の歪が同じ極性の部位に第１の電極及び第３の電極には逆の極性の電圧が発生する圧電素子が実現できる。なお、ダイアフラムが導電性であり、第２の電極と第４の電極とがダイアフラムに接合されると、配線の取り回しを簡便に行うことができる。

また、前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とが、単一の圧電体であると好適である。

このような構成とすれば、第１の圧電素子の第２の電極及び第２の圧電素子の第４の電極を圧電体の一方の面に形成し、他方の面に第１の電極と第３の電極とを形成することにより、第１の圧電素子と第２の圧電素子とを一体化でき、ダイアフラムとの接合工程が簡便になり、第１の圧電素子と第２の圧電素子との位置関係のズレを抑制でき、超音波トランスデューサの特性のバラツキを抑制できる。なお、第２の電極と第４の電極とは、全面電極となるように、圧電体の一方の面に全面に亘って形成しても良い。

また、前記第１の電極及び前記第３の電極の少なくとも一方が、複数に分割されていると好適である。

例えば、楕円形、小判型、長方形のような縦と横の長さが異なるダイアフラムに圧電素子を接合する場合、ダイアフラムの中央に第１の圧電素子を接合し、ダイアフラムの周辺部に第２の圧電素子を接合すると、第２の圧電素子に細く破損し易い部位ができる。そこで、本構成のように、第２の圧電素子を２つに分け、ダイアフラムに長手方向の端部に配することにより細く破損し易い部位をなくすことが可能となる。

また、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量と、前記第３の電極と前記第４の電極との間の静電容量とが互いに等しくなるように構成されると好適である。

このような構成とすれば、第１の圧電素子と第２の圧電素子との特性を一致させることができる。したがって、仮に外乱の影響を受けた場合でも、第１の圧電素子と第２の圧電素子との夫々についての外乱の影響を抑制できる。

超音波トランスデューサを用いた受信回路の一例を示す図である。 超音波トランスデューサを用いた発信器の回路例を示す図である。 超音波トランスデューサを用いた発信器の回路例を示す図である。 超音波トランスデューサの有底筒状ケースの一例、超音波送受信時のケース底部のダイアフラムの変形例、及びケース底面の表面歪分布の一例を示す図である。 第１の実施形態の超音波トランスデューサの一例を示す図である。 第２の実施形態の超音波トランスデューサの一例を示す図である。 第３の実施形態の超音波トランスデューサの一例を示す図である。 第４の実施形態の超音波トランスデューサの一例を示す図である。 第５の実施形態の超音波トランスデューサの一例を示す図である。

１．第１の実施形態
本発明に係る超音波トランスデューサは、超音波送信時のノイズ放出や受信時のノイズ混入が抑制できるように構成される。以下、本実施形態の超音波トランスデューサ１について説明する。

図１には、超音波トランスデューサ１を用いた受信器の回路例が示される。超音波トランスデューサ１は、圧電素子として第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とを有する。

第１の圧電素子１０は、第１の圧電体１１、第１の電極１２、及び第２の電極１３を備えて構成される。第１の電極１２は、第１の圧電体１１の一方の面に形成され、第２の電極１３は、第１の電極１２と対向するように第１の圧電体１１の他方の面に形成される。第２の圧電素子２０は、第２の圧電体２１、第３の電極２２、及び第４の電極２３を備えて構成される。第３の電極２２は、第２の圧電体２１の一方の面に形成され、第４の電極２３は、第３の電極２２と対向するように第２の圧電体２１の他方の面に形成される。

第１の圧電素子１０の第２の電極１３と第２の圧電素子２０の第４の電極２３とが電気的に短絡される。本実施形態では、第２の電極１３と第４の電極２３とは、いずれも接地電位に接続される。

第１の圧電素子１０の第１の電極１２は回路９１を介して差動増幅器８０の非反転端子に接続され、第２の圧電素子２０の第３の電極２２は回路９２を介して差動増幅器８０の反転端子に接続される。回路９１と回路９２とは、互いに等価な回路で構成される。このため、第１の電極１２と差動増幅器８０の非反転端子との間の配線と、第３の電極２２と差動増幅器８０の反転端子との間の配線とを互いに近接して配置することにより、外乱により混入し、差動増幅器８０に入力されるノイズは、第１の電極１２と差動増幅器８０の非反転端子との間の配線と、第３の電極２２と差動増幅器８０の反転端子との間の配線とにおいて略等価となる。したがって、差動増幅器８０の出力段ではノイズが低減でき、Ｓ／Ｎ比の高い受信が可能となる。

図２には、超音波トランスデューサ１を用いた発信器の回路例が示される。図２の例では、駆動が電圧により行われる例を示している。この場合も、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間の静電容量と、第３の電極２２と第４の電極２３との間の静電容量とが互いに等しくなるように構成される。また、第１の圧電素子１０の第２の電極１３と、第２の圧電素子２０の第４の電極２３と、駆動電圧源８１の一方の端子８１Ａと、駆動電圧源８２の一方の端子８２Ａとが電気的に短絡され、接地電位に接続される。第１の圧電素子１０の第１の電極１２は回路９３を介して駆動電圧源８１の他方の端子８１Ｂに接続され、第２の圧電素子２０の第３の電極２２は回路９４を介して駆動電圧源８２の他方の端子８２Ｂに接続される。回路９３と回路９４とは、互いに等価な回路で構成される。

駆動電圧源８１と駆動電圧源８２とは、夫々、互いに大きさが等しく逆相となる出力電圧を出力するので、回路９３と回路９４とには、略大きさが等しく、互いに逆相となる電流が流れ、第１の圧電素子１０の第１の電極１２と、第２の圧電素子２０の第３の電極２２とには、略大きさが等しく、互いに逆相となる電圧が印加されることになる。すなわち、ダイアフラム３（図４参照）が共振周波数で振動する時に、第２の電極１３と第４の電極２３との電位に対して第１の電極１２の電位の極性と第３の電極２２の電位の極性とが互いに逆となる。この結果、駆動電圧源８１と第１の電極１２とを接続する回路９３及び配線と、駆動電圧源８２と第３の電極２２とを接続する回路９４及び配線とを、互いに近接して配置することにより電磁界ノイズの放出を抑制できる。

図３には、超音波トランスデューサ１を用いた発信器の回路例が示される。図３の例では、駆動が電流により行われる例を示している。この場合も、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間の静電容量と、第３の電極２２と第４の電極２３との間の静電容量とが互いに等しくなるように構成される。また、第１の圧電素子１０の第２の電極１３と、第２の圧電素子２０の第４の電極２３と、駆動電流源８３の一方の端子８３Ａと、駆動電流源８４の一方の端子８４Ａとが電気的に短絡され、接地電位に接続される。第１の圧電素子１０の第１の電極１２は回路９３を介して駆動電流源８３の他方の端子８３Ｂに接続され、第２の圧電素子２０の第３の電極２２は回路９４を介して駆動電流源８４の他方の端子８４Ｂに接続される。回路９３と回路９４とは、互いに等価な回路で構成される。

駆動電流源８３と駆動電流源８４とは、夫々、互いに大きさが等しく逆相となる出力電流を出力するので、回路９３と回路９４とには、略大きさが等しく、互いに逆相となる電流が流れ、第１の圧電素子１０の第１の電極１２と、第２の圧電素子２０の第３の電極２２とには、略大きさが等しく、互いに逆相となる電圧が印加されることになる。すなわち、ダイアフラム３（図４参照）が共振周波数で振動する時に、第２の電極１３と第４の電極２３との電位に対して第１の電極１２の電位の極性と第３の電極２２の電位の極性とが互いに逆となる。この結果、駆動電流源８３と第１の電極１２とを接続する回路９３及び配線と、駆動電流源８４と第３の電極２２とを接続する回路９４及び配線とを、互いに近接して配置することにより電磁界ノイズの放出を抑制できる。

本実施形態では、超音波トランスデューサ１は、図４の（Ｉ）に示されるような有底筒状ケース（以下「ケース」）２を有して構成される。ケース２の底部には弾性体よりなるダイアフラム３が構成される。ダイアフラム３は、超音波トランスデューサ１が超音波を送信する時、及び超音波を受信する時に変形する。

図４の（ＩＩ）にはケース２のＡ−Ａ線の断面図が示され、図４の（ＩＩＩ）にはＢ−Ｂ線の断面図も示される。また、これらの図には、超音波の送受信時においてダイアフラム３が振動する状態であって、ケース２の底面が突出するように変形した状態が二点鎖線で示される。なお、この二点鎖線は、理解を容易にするために変形量を誇張して示している（実際には、数十μｍ程度の変形量である）。更に、図４の（ＩＶ）及び（Ｖ）には、夫々図４の（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）における、ケース２の底面が凹状に変形した状態である時の当該底面の表面歪分布も示される。

図５には、第１の実施形態に係る超音波トランスデューサ１の上面図、及びＡ−Ａ線の断面図が示される。図５に示されるように、超音波トランスデューサ１は、ダイアフラム３に接着され、超音波の送信時にダイアフラム３を振動させる駆動力を発生、又は、超音波の受信時に電気信号を発生する圧電素子（第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０）を有する。

図５の例では、第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とは、ダイアフラム３が共振周波数で振動する時に、ダイアフラム３における互いに異なる方向の歪が生じる位置に配置される。第１の圧電素子１０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間で分極され、第２の圧電素子２０は、第３の電極２２と第４の電極２３との間で分極されている。第２の電極１３から第１の電極１２に対する分極の極性と、第４の電極２３から第３の電極２２に対する分極の極性とは、互いに同じものとなり、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の電極面内方向の同じ極性の歪に対して、第２の電極１３に対する第１の電極１２に誘起される電圧と、第４の電極２３に対する第３の電極２２に誘起される電圧とが互いに同じ極性となる。

超音波送受信時の歪分布において、第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とを、ダイアフラム３における互いに逆の歪が発生する部位に接合することにより、超音波受信時に第２の電極１３に対する第１の電極１２に誘起される電位と、第４の電極２３に対する第３の電極２２に誘起される電位とが、互いに極性が逆となり、図１−図３を用いて説明した構成を実現することができる。

なお、図５では、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の夫々の電極と超音波トランスデューサ１の外部との間の配線や、超音波トランスデューサ１の残響を調整する吸音材や、水分等の浸入を防ぐ封止材は省略して示される。

２．第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明する。図６には、第２の実施形態に係る超音波トランスデューサ１の上面図、及びＡ−Ａ線の断面図が示される。本実施形態では上記第１の実施形態と異なり、第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とは、ダイアフラム３が共振周波数で振動する時に、ダイアフラム３における互いに同じ方向の歪が生じる位置に配置される。本実施形態でも、第１の圧電素子１０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間で分極され、第２の圧電素子２０は、第３の電極２２と第４の電極２３との間で分極されている。第２の電極１３から第１の電極１２に対する分極の極性と、第４の電極２３から第３の電極２２に対する分極の極性とは、互いに逆となり、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の電極面内方向の同じ極性の歪に対して、第２の電極１３に対する第１の電極１２に誘起される電圧と、第４の電極２３に対する第３の電極２２に誘起される電圧とが互いに逆の極性となる。

超音波送受信時の歪分布において、第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とを、図６に示されるように、ダイアフラム３における互いに同じ歪が発生する部位に接合することにより、超音波受信時に第２の電極１３に対する第１の電極１２に誘起される電位と、第４の電極２３に対する第３の電極２２に誘起される電位とが、互いに極性が逆となり、図１−図３を用いて説明した構成を実現することができる。

３．第３の実施形態
次に、第３の実施形態について説明する。図７には、第３の実施形態に係る超音波トランスデューサ１が示される。本実施形態では、図７に示されるように、第１の圧電体１１と第２の圧電体２１とが、単一の圧電体で構成される。すなわち、本実施形態では、図６に示される第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０が同一の圧電体を用いて形成され、更に第２の電極１３と第４の電極２３とが共通電極として一体化される。このように１つの圧電体上に複数の圧電素子を形成することにより、圧電素子の取り扱いが簡便となり、圧電素子間（第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０間）の位置関係のバラツキを抑制できる。上記１つの圧電体上に複数の圧電素子を形成することは、上述した図５の構成に適用することも可能である。

４．第４の実施形態
次に、第４の実施形態について説明する。図８には、第４の実施形態に係る超音波トランスデューサ１が示される。本実施形態では、第１の電極１２及び第３の電極２２の少なくとも一方が、複数に分割されている。図８では、第３の電極２２が第３の電極２２Ａ，２２Ｂの２つに分割されている例が示され、圧電素子は同一の圧電体に３つの圧電素子（第１の圧電素子１０、第２の圧電素子２０Ａ，２０Ｂ）が形成される。

第１の圧電素子１０は、第１の圧電体を構成する圧電体１８、第１の電極１２、及び第２の電極を含む共通電極１９から構成される。第２の圧電素子２０Ａは、第２の圧電体を構成する圧電体１８、第３の電極２２Ａ、及び第４の電極を含む共通電極１９から構成される。第２の圧電素子２０Ｂは、第２の圧電体を構成する圧電体１８、第３の電極２２Ｂ、及び第４の電極を含む共通電極１９から構成される。

この時、第３の電極２２Ａと第３の電極２２Ｂとの面積の和が第１の電極１２の面積と等しくすることにより、第１の圧電素子１０の静電容量と、第２の圧電素子２０Ａの静電容量及び第２の圧電素子２０Ｂの静電容量の和とを略等しくできる。なお、ダイアフラム３の変形に対して、第１の圧電素子１０と、第２の圧電素子２０Ａ及び第２の圧電素子２０Ｂとでは、印加される歪の極性が互いに逆となるので、各圧電素子の分極は第１の実施形態における図５で示した例と同様にすることにより、図１−図３を用いて説明した構成を実現することができる。

５．第５の実施形態
次に、第５の実施形態について説明する。図９には、第５の実施形態に係る超音波トランスデューサ１が示される。本実施形態でも、第４の実施形態と同様に、第１の電極１２及び第３の電極２２の少なくとも一方が、複数に分割されている。図９では、第１の電極１２が第１の電極１２Ａ及び第１の電極１２Ｂの２つに分割され、第３の電極２２が第３の電極２２Ａ及び第３の電極２２Ｂの２つに分割されている例が示される。圧電素子は同一の圧電体に４つの圧電素子（第１の圧電素子１０Ａ，１０Ｂ、第２の圧電素子２０Ａ，２０Ｂ）が形成される。

第１の圧電素子１０Ａは、第１の圧電体を構成する圧電体１８、第１の電極１２Ａ、及び第２の電極を含む共通電極１９から構成される。第１の圧電素子１０Ｂは、第１の圧電体を構成する圧電体１８、第１の電極１２Ｂ、及び第２の電極を含む共通電極１９から構成される。第２の圧電素子２０Ａは、第２の圧電体を構成する圧電体１８、第３の電極２２Ａ、及び第４の電極を含む共通電極１９から構成される。第２の圧電素子２０Ｂは、第２の圧電体を構成する圧電体１８、第３の電極２２Ｂ、及び第４の電極を含む共通電極１９から構成される。

第１の電極１２Ａと共通電極１９との間及び第３の電極２２Ａと共通電極１９との間の圧電体１８の分極方向と、第１の電極１２Ｂと共通電極１９との間及び第３の電極２２Ｂと共通電極１９との間の圧電体１８の分極方向とを互いに逆とする。ダイアフラム３の変形時の歪は、内側の２つの圧電素子（第１の圧電素子１０Ｂ及び第２の圧電素子２０Ａ）と、外側の２つの圧電素子（第１の圧電素子１０Ａ及び第２の圧電素子２０Ｂ）とでは互いに逆となる。

このように構成することで、ダイアフラム３の変形時に第１の電極１２Ａ及び第１の電極１２Ｂに誘起される電圧の極性は互いに同じものとなり、第３の電極２２Ａ及び第３の電極２２Ｂに誘起される電圧の極性は互いに同じものとなる。更に、第１の電極１２Ａ，１２Ｂに誘起される電圧と、共通電極１９に誘起される電圧とは、互いに逆の極性となる。

６．第６の実施形態
次に、第６の実施形態について説明する。第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０は、第１の電極１２と第２の電極１３との間の静電容量と、第３の電極２２と第４の電極２３との間の静電容量とが互いに等しくなるように構成することも可能である。互いに等しい静電容量とは、完全に等しい静電容量に限定されず、例えば製造上のバラツキ程度の差異を有する略等価の静電容量を含むものである。このような構成とすれば、第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０との特性を一致させることができる。したがって、仮に外乱の影響を受けた場合でも、第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０との夫々についての外乱の影響を抑制できる。

本発明は、弾性体からなるダイアフラムに接着され、超音波の送信時にダイアフラムを振動させる駆動力を発生する、又は、超音波の受信時に電気信号を発生する圧電素子を有する超音波トランスデューサに用いることが可能である。

１：超音波トランスデューサ
３：ダイアフラム
１０：第１の圧電素子
１１：第１の圧電体
１２：第１の電極
１３：第２の電極
２０：第２の圧電素子
２１：第２の圧電体
２２：第３の電極
２３：第４の電極

Claims (6)

1. 弾性体からなるダイアフラムに接着され、超音波の送信時に前記ダイアフラムを振動させる駆動力を発生する、又は、前記超音波の受信時に電気信号を発生する圧電素子を有する超音波トランスデューサであって、
   前記圧電素子は、第１の圧電素子と第２の圧電素子とから構成され、
   前記第１の圧電素子は、第１の圧電体の一方の面に第１の電極が形成され、前記第１の電極と対向するように前記第１の圧電体の他方の面に第２の電極が形成され、
   前記第２の圧電素子は、第２の圧電体の一方の面に第３の電極が形成され、前記第３の電極と対向するように前記第２の圧電体の他方の面に第４の電極が形成され、
   前記第２の電極と前記第４の電極とが電気的に短絡されており、前記ダイアフラムが共振周波数で振動する時に、前記第２の電極と前記第４の電極との電位に対して前記第１の電極の電位の極性と前記第３の電極の電位の極性とが互いに逆である超音波トランスデューサ。
2. 前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とは、前記ダイアフラムが前記共振周波数で振動する時に、前記ダイアフラムにおける互いに異なる方向の歪が生じる位置に配置されている請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
3. 前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とは、前記ダイアフラムが前記共振周波数で振動する時に、前記ダイアフラムにおける互いに同じ方向の歪が生じる位置に配置されている請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
4. 前記第１の圧電体と前記第２の圧電体とが、単一の圧電体である請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
5. 前記第１の電極及び前記第３の電極の少なくとも一方が、複数に分割されている請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。
6. 前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量と、前記第３の電極と前記第４の電極との間の静電容量とが互いに等しくなるように構成される請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。

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