JP2022072680A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波トランスデューサに関する。 The present invention relates to an ultrasonic transducer.
従来、超音波診断装置に接続される超音波トランスデューサが知られている。下記特許文献1には、圧電素子の表面の電極が、圧電素子の表面の端部に存在しないように形成された超音波トランスデューサが記載されている。これによって、圧電素子の端部の不要な振動を抑制でき、超音波トランスデューサのビーム幅を狭くできる。超音波トランスデューサのビーム幅を狭くすることによって、映像化の解像度を改善したり、焦点領域での音圧や音の強さを増大したりできるという効果を得られる。
Conventionally, an ultrasonic transducer connected to an ultrasonic diagnostic apparatus is known. The following
しかしながら、上記のような構成の超音波トランスデューサは、圧電素子の表面において電極が存在しない面積を大きくしすぎると、ビーム幅を狭くできない場合があった。 However, in the ultrasonic transducer having the above configuration, if the area where the electrode does not exist on the surface of the piezoelectric element is made too large, the beam width may not be narrowed in some cases.
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ビーム幅を確実に狭くすることが可能な超音波トランスデューサを提供することを目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of reliably narrowing the beam width.
本発明の超音波トランスデューサは、対向する一方主面及び他方主面に電極が設けられた圧電素子を備える超音波トランスデューサであって、前記電極の外縁は、前記一方主面及び他方主面の外縁よりも内側に位置し、前記一方主面及び他方主面は、自身の外縁に沿って形成された面取り部および、前記二つの面取り部の間に位置する側面部を介して接続され、前記主面と平行な方向において、前記電極の外縁と前記側面部との間の最短の長さ寸法をLeとし、駆動周波数での前記圧電素子の内部の波長をλとしたとき、前記長さ寸法Leと前記波長λとは、0<Le≦1.368λを満たすものである。 The ultrasonic transducer of the present invention is an ultrasonic transducer having a piezoelectric element having electrodes on one main surface and the other main surface facing each other, and the outer edge of the electrode is the outer edge of the one main surface and the other main surface. The one main surface and the other main surface are connected via a chamfered portion formed along the outer edge of the chamfering portion and a side surface portion located between the two chamfered portions, and the main surface thereof is located inside. When the shortest length dimension between the outer edge of the electrode and the side surface portion in the direction parallel to the surface is Le and the wavelength inside the piezoelectric element at the drive frequency is λ, the length dimension Le And the wavelength λ satisfy 0 <Le ≦ 1.368λ.
本発明によれば、ビーム幅を確実に狭くすることができる。 According to the present invention, the beam width can be surely narrowed.
本発明の好ましい形態を以下に示す。 Preferred embodiments of the present invention are shown below.
本発明の超音波トランスデューサは、前記主面と平行な方向において、前記面取り部の内周側の縁と外周側の縁との間の最短の長さ寸法をLcとしたとき、前記長さ寸法Lcと前記長さ寸法Leと前記波長λとは、0.094λ≦Lc≦0.330λを満たした上で、Lc≦Le≦Lc+0.259λを満たすものとしてもよい。このような構成によれば、ビーム幅をより狭くすることができる。 The ultrasonic transducer of the present invention has the length dimension when the shortest length dimension between the inner peripheral side edge and the outer peripheral side edge of the chamfered portion is Lc in a direction parallel to the main surface. Lc, the length dimension Le, and the wavelength λ may satisfy 0.094λ≤Lc≤0.330λ and then Lc≤Le≤Lc + 0.259λ. According to such a configuration, the beam width can be made narrower.
また、本発明の超音波トランスデューサにおいて、前記長さ寸法Lcと前記波長λとは、0.142λ≦Lc≦0.212λを満たすものとしてもよい。このような構成によれば、ビーム幅をより狭くすることができる。 Further, in the ultrasonic transducer of the present invention, the length dimension Lc and the wavelength λ may satisfy 0.142λ ≦ Lc ≦ 0.212λ. According to such a configuration, the beam width can be made narrower.
<実施例>
以下、本発明を具体化した一実施例について、図1~図8を参照しつつ詳細に説明する。
(超音波トランスデューサTの構成)
本実施例における超音波トランスデューサTの構成を説明する。超音波トランスデューサTは、医療用または産業用の超音波装置に用いられる。超音波トランスデューサTは、使い捨て品(ディスポーザブル品)とすることもできる。超音波トランスデューサTは、超音波を送受信する。超音波トランスデューサTは、図1に示すように、圧電素子10及び音響伝達部材20を備えている。
<Example>
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
(Structure of ultrasonic transducer T)
The configuration of the ultrasonic transducer T in this embodiment will be described. The ultrasonic transducer T is used in a medical or industrial ultrasonic device. The ultrasonic transducer T can also be a disposable product (disposable product). The ultrasonic transducer T transmits and receives ultrasonic waves. As shown in FIG. 1, the ultrasonic transducer T includes a
超音波トランスデューサTは、図示しない制御ユニットと電気的に接続される。制御ユニットは、制御回路及び/またはコネクタを有している。コネクタは、外部機器と接続可能である。コネクタの端子は、制御回路に電気的に接続する。コネクタの端子を介して、制御回路から図示しない外部機器へ電気信号が出力され、外部機器から制御回路へ電気信号が入力される。以下、各構成部材において、制御ユニットが接続される側(図1の上側)を上側、その反対側(図1の下側)を下側として説明する。 The ultrasonic transducer T is electrically connected to a control unit (not shown). The control unit has a control circuit and / or a connector. The connector can be connected to an external device. The terminals of the connector are electrically connected to the control circuit. An electric signal is output from the control circuit to an external device (not shown) via the terminal of the connector, and an electric signal is input from the external device to the control circuit. Hereinafter, in each component, the side to which the control unit is connected (upper side in FIG. 1) will be referred to as an upper side, and the opposite side (lower side in FIG. 1) will be referred to as a lower side.
圧電素子10は、略円形の板状をなしている。圧電素子10の一方主面11及び他方主面12は平行である。圧電素子10は、圧電体13及び電極14を有している。圧電体13は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなる。電極14は、圧電素子10の対向する一方主面11及び他方主面12に配置されている。電極14は、金又は銀、銅、錫等の蒸着、メッキ、スパッタリング、焼付け等によって形成されている。一方主面11及び他方主面12のうち一方の電極14は、アース電極であり、他方の電極14は、出力電極である。電極14は、それぞれ図示しない電気接続部材によって制御回路と電気的に接続される。圧電素子10は、電気信号を制御回路に送信し、制御回路からの電気信号を受信する。
The
一方主面11及び他方主面12の外縁に沿って、面取り部Cが形成されている。一方主面11及び他方主面12は、面取り部C及び側面部16を介して接続される。面取り部Cは、圧電素子10の全周に連続している。一方主面11の面取り部Cと他方主面12の面取り部Cとは同じ形状である。一方主面11及び他方主面12の面取り部Cの内周側の縁11A,12Aは、一方主面11及び他方主面12の外縁である。一方主面11及び他方主面12の面取り部Cの外周側の縁11B,12Bは、側面部16に位置する。側面部16は、上下二つの面取り部Cの間に位置する。
A chamfered portion C is formed along the outer edges of the
電極14の外縁14Aは、一方主面11及び他方主面12の外縁(面取り部Cの内周側の縁11A,12A)と相似な平面視円形状である。電極14の外縁14Aは、面取り部Cよりも内側に位置する。圧電素子10の外周部15は、電極14が設けられていない部分である。圧電素子10の外周部15は、電極14の外縁14Aと側面部16との間の部分である。圧電素子10の外周部15は、圧電素子10の全周に連続している。
The
一方主面11及び他方主面12と平行な方向において、電極14の外縁14Aと側面部16との間の最短の長さ寸法をLeとし(図2参照)、駆動周波数での圧電素子10の内部の波長をλとしたとき、長さ寸法Leと波長λとは、0<Le≦1.368λを満たす。この構成によれば、ビーム幅を確実に狭くすることができる。この効果は、後述するシミュレーションによって、実証する。
Le is the shortest length dimension between the
また、一方主面11及び他方主面12と平行な方向において、面取り部Cの内周側の縁11A,12Aと外周側の縁11B,12Bとの間の最短の長さ寸法をLcとしたとき(図2参照)、長さ寸法Lcと長さ寸法Leと波長λとは、0.094λ≦Lc≦0.330λを満たした上で、Lc≦Le≦Lc+0.259λを満たすことが望ましい。この構成によれば、ビーム幅をより狭くすることができる。また、長さ寸法Lcと波長λとは、0.142λ≦Lc≦0.212λを満たすことが望ましい。この構成によれば、ビーム幅をより狭くすることができる。この効果は、後述するシミュレーションによって、実証する。
Further, the shortest length dimension between the inner
圧電素子10の波長λは、圧電素子10の径方向(分極方向に対して直交する方向)の波長である。分極方向は、本実施例では上下方向である。圧電素子10の波長λは、駆動周波数及び音圧によって決まる。
The wavelength λ of the
駆動周波数は、本実施例では2MHzである。駆動周波数は、2MHzに限らず、他の周波数とすることができる。駆動周波数は、10MHz以下の他の周波数であってもよく、1MHz以上5MHz以下の周波数であってもよい。 The drive frequency is 2 MHz in this embodiment. The drive frequency is not limited to 2 MHz and may be any other frequency. The drive frequency may be another frequency of 10 MHz or less, or may be a frequency of 1 MHz or more and 5 MHz or less.
音速は、圧電素子10の内部を伝わる音の速さである。音速は、圧電素子10の径方向の音速が好ましいけれども、圧電素子10の分極方向の音速で代替してもよい。音速は、圧電素子10の物性値(密度、圧電定数、コンプライアンスなど)によって算出してもよいし、圧電素子10の物性値を用いたシミュレーションによって算出してもよい。また、音速は、測定装置(例えば超音波厚さ計)を使用して取得してもよい。
The speed of sound is the speed of sound transmitted inside the
音響伝達部材20は、図1に示すように、圧電素子10の下面側に配置される。音響伝達部材20は、音響整合層21及び音響レンズ22を有している。音響整合層21と音響レンズ22とは、接着剤23によって接合されている。音響整合層21及び音響レンズ22は、上方から見ると、円形状である。音響整合層21及び音響レンズ22は、同軸の位置関係で積層される。
As shown in FIG. 1, the
音響整合層21は、圧電素子10の音響インピーダンスと、音響レンズ22の音響インピーダンスとの中間の大きさの音響インピーダンスを有する。圧電素子10と音響レンズ22との間に音響整合層21が介在することによって、超音波が音響レンズ22へ効率良く伝播される。音響整合層21と圧電素子10とは、接着剤23によって接合される。
The
音響レンズ22は、音響整合層21の下側に設けられている。音響レンズ22は、超音波を集束する。音響レンズ22は、シリコーンゴムやウレタンゴム、プラスチックなどの樹脂材料で形成されている。音響レンズ22は、有底のケース24の底壁25を構成する。
The
ケース24は、底壁25と周壁26とを有している。ケース24の内部には、圧電素子10及び音響整合層21が収容される。ケース24の周壁26は、底壁25の外縁から上方に垂直に立っている。周壁26は、底壁25の全周に連続している。周壁26は、円筒形状をなしている。
The
(超音波トランスデューサTの製造方法)
次に、超音波トランスデューサTの製造方法の一例を説明する。超音波トランスデューサTは、圧電素子10を製造し、圧電素子10と音響伝達部材20とを接着する工程を経る。圧電素子10の製造は、まず、予め準備した圧電材料(本実施例ではPZT)の粉末をプレス成型し、焼成する。焼成後に、圧電体13の表裏両面を研磨加工して所望の厚さ寸法にする。圧電素子10の厚さ寸法をばらつきなく均一にすることによって、超音波トランスデューサTの特性のバラツキを抑制できる。また、圧電素子10の表裏両面の外縁に面取り部Cを形成する。圧電素子10の外縁に面取り部Cを形成することによって、面取り部Cを形成しない場合よりも超音波ビームのビーム幅を狭くできる。
(Manufacturing method of ultrasonic transducer T)
Next, an example of a method for manufacturing the ultrasonic transducer T will be described. The ultrasonic transducer T goes through a step of manufacturing the
次に、圧電体13の表裏両面に電極14を形成する。圧電体13の表裏両面に導電性ペーストを印刷し、焼結することによって電極14を形成する。その後、圧電素子10に高い電圧を加えて、分極処理を行う。これによって、圧電素子10が製造される。その後、圧電素子10と音響整合部材とを接着する。
Next, the
(シミュレーション)
次に、本実施例の効果を実証したシミュレーションについて説明する。シミュレーションは、超音波トランスデューサTのモデルを作成し、規定した条件の電気信号をモデルに送り、各モデルの超音波ビームの特性を評価する。
(simulation)
Next, a simulation demonstrating the effect of this embodiment will be described. The simulation creates a model of the ultrasonic transducer T, sends an electric signal under specified conditions to the model, and evaluates the characteristics of the ultrasonic beam of each model.
モデルは、図2に示すように、円板状の圧電素子10及び電極14を有する。モデルの圧電素子10の主成分は、チタン酸ジルコン酸鉛である。モデルの圧電素子10の直径は、18.5mmである。モデルの厚さ寸法(一方主面11と他方主面12との距離)は、0.99mmである。圧電素子10の径方向の音速は4240m/sである。そして、圧電素子10の波長λは2.12mmである。
As shown in FIG. 2, the model has a disc-shaped
図2に示すように、一方主面11の面取り部Cと他方主面12の面取り部Cとは、同じ形状である。一方主面11の面取り角度α及び他方主面12の面取り角度αはいずれも35°である。面取り角度αは、一方主面11及び他方主面12を基準にした角度である。モデルの面取り部Cの大きさは、少しずつ異なっている。具体的には、面取り部Cの内周側の縁11A,12Aと外周側の縁11B,12Bとの間の、一方主面11及び他方主面12と平行な方向の、最短の長さ寸法Lcを0.05mmずつ変化させる。モデル0のLcは0である。つまりモデル0は、面取り部Cが形成されていないモデルである。モデル1~14のLcは、0.05mm~0.70mmである。モデル14のLc(0.70mm)は、圧電素子10の厚さ寸法(一方主面11と他方主面12との間の距離)及び面取り角度αから導いた最大値である。
As shown in FIG. 2, the chamfered portion C of the one
モデルの一方主面11及び他方主面12の外周部15の大きさは、少しずつ異なっている。具体的には、電極14の外縁14Aと側面部16との間の、一方主面11及び他方主面12と平行な方向の、最短の長さ寸法Leを0.05mmずつ変化させる。Leの最小値はLcと等しい。つまり、モデルの電極14の外縁14Aは、面取り部Cの内周側の縁11A,12Aと同じ位置、もしくは、面取り部Cの内周側の縁11A,12Aよりも内側の位置に配される。モデルのLeの最大値は、3.25mmである。電極14の直径の最小値は、12.0mmである。
The sizes of the outer
超音波ビームの特性は、超音波ビームの音圧を抽出し、超音波ビームのビーム幅を算出する。超音波ビームの音圧は、超音波ビーム内において音圧が最大となる点の値である。超音波ビームのビーム幅は、最大音圧から6dB(50%)低下する位置を結んだ線の長さを抽出する。 For the characteristics of the ultrasonic beam, the sound pressure of the ultrasonic beam is extracted and the beam width of the ultrasonic beam is calculated. The sound pressure of the ultrasonic beam is the value at which the sound pressure becomes maximum in the ultrasonic beam. The beam width of the ultrasonic beam extracts the length of the line connecting the positions where the sound pressure drops by 6 dB (50%) from the maximum sound pressure.
(1)ビーム幅の算出結果
図3は、2.50mm≦Le≦3.25mmのビーム幅の算出結果を示す表である。図3は、Le≦2.45mmの結果を省略したものである。図4は、0.00≦Le≦1.35mmのビーム幅の算出結果を示す表である。図4は、0.05mm≦Le≦0.15mm及び1.40mm≦Leの結果を省略したものである。図5は、0.00≦Le≦1.10mmのビーム幅の算出結果を示す表である。図5は、0.05mm≦Le≦0.20mm及び1.15mm≦Leの結果を省略したものである。図3~図5の表には、長さ寸法Lc(mm)が上から下に順に大きくなるように、かつ長さ寸法Leが左から右に順に小さくなるように、シミュレーション結果を並べた。図3~図5の表には、Lcのλ比率及びLeのλ比率を併せて示した。Lcのλ比率は、長さ寸法Lcと波長λとの比率(長さ寸法Lcを波長λで除した値)である。長さ寸法Leのλ比率は、長さ寸法Leと波長λとの比率(長さ寸法Leを波長λで除した値)である。
(1) Beam width calculation result FIG. 3 is a table showing the calculation result of the beam width of 2.50 mm ≦ Le ≦ 3.25 mm. FIG. 3 omits the result of Le ≦ 2.45 mm. FIG. 4 is a table showing the calculation results of the beam width of 0.00 ≦ Le ≦ 1.35 mm. FIG. 4 shows the results of 0.05 mm ≦ Le ≦ 0.15 mm and 1.40 mm ≦ Le omitted. FIG. 5 is a table showing the calculation results of the beam width of 0.00 ≦ Le ≦ 1.10 mm. FIG. 5 shows the results of 0.05 mm ≦ Le ≦ 0.20 mm and 1.15 mm ≦ Le omitted. In the table of FIGS. 3 to 5, the simulation results are arranged so that the length dimension Lc (mm) increases in order from top to bottom and the length dimension Le decreases in order from left to right. The tables of FIGS. 3 to 5 also show the λ ratio of Lc and the λ ratio of Le. The λ ratio of Lc is the ratio of the length dimension Lc to the wavelength λ (value obtained by dividing the length dimension Lc by the wavelength λ). The λ ratio of the length dimension Le is the ratio between the length dimension Le and the wavelength λ (value obtained by dividing the length dimension Le by the wavelength λ).
まず、Leが同じときの、ビーム幅を比較する。図3の表には、モデル0のビーム幅よりも広いモデル(比較モデルと称する。)のビーム幅に網掛けをしている。図3の表によれば、比較モデルは、2.95mm(1.392λ)≦Leに存在する。比較モデルの多くは、3.15mm(1.486λ)≦Leを満たす。Le≦3.10mm(1.462λ)のモデルのビーム幅は、1つのモデル(Le=2.95mm,Lc=0.15mm)を除き、モデル0のビーム幅よりも狭い。 First, the beam widths when Le is the same are compared. In the table of FIG. 3, the beam width of a model (referred to as a comparative model) wider than the beam width of model 0 is shaded. According to the table of FIG. 3, the comparative model exists at 2.95 mm (1.392λ) ≦ Le. Most of the comparative models satisfy 3.15 mm (1.486λ) ≤ Le. The beam width of the model with Le ≦ 3.10 mm (1.462λ) is narrower than the beam width of model 0 except for one model (Le = 2.95 mm, Lc = 0.15 mm).
図3の表に示すように、Le≦2.90mm(1.368λ)を満たすモデル(第1モデルと称する。)のビーム幅は、Leが同じであれば、モデル0のビーム幅よりも狭い。第1モデルは、0<Le≦1.368λを満たす。第1モデルのビーム幅は、面取り部Cが形成されていないもの(モデル0)と比べて狭くできる。 As shown in the table of FIG. 3, the beam width of the model (referred to as the first model) satisfying Le ≦ 2.90 mm (1.368λ) is narrower than the beam width of model 0 if Le is the same. .. The first model satisfies 0 <Le ≦ 1.368λ. The beam width of the first model can be narrower than that in which the chamfered portion C is not formed (model 0).
図4に示すように、0.35mm≦Le≦0.80mmで、モデル0のビーム幅は最小値(ビーム幅の基準値と称する。)となる。ビーム幅の基準値は3.35mmである。モデル1,2には、ビーム幅が基準値より狭いもの(ビーム幅が3.25mm以下のもの)は存在しない。
As shown in FIG. 4, 0.35 mm ≦ Le ≦ 0.80 mm, and the beam width of the model 0 becomes the minimum value (referred to as a reference value of the beam width). The reference value of the beam width is 3.35 mm.
図4の表には、3.25mm以下のビーム幅に網掛けをしている。ビーム幅が基準値より狭いモデルは、0.15mm(0.071λ)≦Lc、かつLe≦1.35mm(0.637λ)に多く存在する。 In the table of FIG. 4, the beam width of 3.25 mm or less is shaded. There are many models in which the beam width is narrower than the reference value in 0.15 mm (0.071λ) ≦ Lc and Le ≦ 1.35 mm (0.637λ).
ビーム幅が基準値より狭いモデルのうち、図4の表に太枠で囲ったモデル(第2モデルと称する。)は、0.20mm(0.094λ)≦Lc≦0.70mm(0.330λ)を満たした上で、Lc≦Le≦Lc+0.55mm(0.259λ)を満たす。 Among the models whose beam width is narrower than the reference value, the model surrounded by a thick frame in the table of FIG. 4 (referred to as the second model) is 0.20 mm (0.094λ) ≤ Lc ≤ 0.70 mm (0.330λ). ), And then Lc ≦ Le ≦ Lc + 0.55 mm (0.259λ).
図5の表には、3.15mm以下のビーム幅に網掛けをしている。このような、ビーム幅が基準値より格段に狭いモデルは、0.25mm(0.118λ)≦Lc≦0.55mm(0.259λ)、及びLe≦1.05mm(0.495λ)に多く存在する。 In the table of FIG. 5, the beam width of 3.15 mm or less is shaded. Many such models having a beam width much narrower than the reference value exist in 0.25 mm (0.118λ) ≤Lc≤0.55 mm (0.259λ) and Le≤1.05 mm (0.495λ). do.
ビーム幅が基準値より格段に狭いモデルのうち、図5の表に太枠で囲ったモデル(第3モデルと称する。)は、0.30mm(0.142λ)≦Lc≦0.45mm(0.212λ)を満たした上で、Lc≦Le≦Lc+0.259λを満たす。第3モデルのビーム幅は、第2モデルのビーム幅よりも狭い。 Among the models whose beam width is much narrower than the reference value, the model surrounded by a thick frame in the table of FIG. 5 (referred to as the third model) is 0.30 mm (0.142λ) ≤ Lc ≤ 0.45 mm (0). .212λ) is satisfied, and then Lc ≦ Le ≦ Lc + 0.259λ is satisfied. The beam width of the third model is narrower than the beam width of the second model.
(2)音圧のシミュレーション結果
図6は、2.50mm≦Le≦3.25mmの結果を示す表である。図6の表は、Le≦2.45mmの結果を省略したものである。図7は、0.30mm≦Le≦0.60mmの結果を示す表である。図7は、Le≦0.25mm、及び0.65mm≦Leの結果を省略したものである。図6及び図7の表には、図3~図5の表と同様、長さ寸法Lc(mm)が上から下に順に大きくなるように、かつ長さ寸法Leが左から右に順に小さくなるように、シミュレーション結果を並べた。図6及び図7の表には、図3~図5の表と同様、Lcのλ比率及びLeのλ比率を併せて示した。図8には、モデル0及びモデル1の音圧をグラフに示した。
(2) Sound pressure simulation result FIG. 6 is a table showing the results of 2.50 mm ≦ Le ≦ 3.25 mm. The table in FIG. 6 omits the result of Le ≦ 2.45 mm. FIG. 7 is a table showing the results of 0.30 mm ≦ Le ≦ 0.60 mm. FIG. 7 shows the results of Le ≦ 0.25 mm and 0.65 mm ≦ Le omitted. In the tables of FIGS. 6 and 7, as in the tables of FIGS. 3 to 5, the length dimension Lc (mm) increases in order from top to bottom, and the length dimension Le decreases in order from left to right. The simulation results are arranged so as to be. Similar to the tables of FIGS. 3 to 5, the tables of FIGS. 6 and 7 also show the λ ratio of Lc and the λ ratio of Le. FIG. 8 is a graph showing the sound pressures of model 0 and
図7の表には、1~10番目に高い音圧に網掛けをしている。1~10番目に高い音圧のモデルは、第3モデルに含まれる。図7の表には、音圧の最大値を太枠で囲って示す。このときの超音波ビームの音圧は、54171Paである。音圧が最大となるモデルは、Lc=0.35mm(0.165λ),Le=0.40mm(0.189λ)である。 In the table of FIG. 7, the 1st to 10th highest sound pressures are shaded. The 1st to 10th highest sound pressure models are included in the 3rd model. In the table of FIG. 7, the maximum value of sound pressure is shown by enclosing it in a thick frame. The sound pressure of the ultrasonic beam at this time is 54171 Pa. The model with the maximum sound pressure is Lc = 0.35 mm (0.165λ) and Le = 0.40 mm (0.189λ).
図8に示すように、3.15mm(1.486λ)≦Leでは、モデル0の音圧>モデル1の音圧である。Le≦3.10(1.462λ)では、モデル0の音圧<モデル1の音圧である。3.10mm≦Le≦3.15mmで、モデル1の音圧及びモデル0の音圧の高低は逆になる。Leが小さくなる(電極14の直径が大きくなる)につれて、モデル1の音圧及びモデル0の音圧の差は大きくなる。モデル1の音圧がモデル0の音圧より高いことは、圧電素子10に面取り部Cを形成したことによって音圧を高くできることを示す。また、Leが小さくなるにつれて、モデル1の音圧とモデル0の音圧との差が大きくなることは、Leが小さくなる(電極14の直径が大きい)ほど、面取り部Cによる効果が増すことを示す。ビーム幅の算出結果は、シミュレーションの細かさの限界によって、モデル0のビーム幅とモデル1のビーム幅とに差異が検出されないところがある。そのようなところでも、モデル0の音圧がモデル1の音圧よりも高いことによって、モデル1のビーム幅は、モデル0のビーム幅より狭いことが推測される。
As shown in FIG. 8, when 3.15 mm (1.486λ) ≦ Le, the sound pressure of model 0> the sound pressure of
<他の実施例>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other Examples>
The present invention is not limited to the examples described in the above description and drawings, and for example, the following examples are also included in the technical scope of the present invention.
(1)上記実施例では、面取り角度は35°である。これに限らず、面取り角度は変更できる。
(2)上記実施例において圧電素子10は、円板状である。これに限らず、圧電素子の形状は変更してもよい。
(3)上記実施例において圧電素子10の主成分は、チタン酸ジルコン酸鉛である。これに限らず、圧電素子の主成分は、変更してもよい。
(4)上記実施例において圧電素子10の波長λは2.12mmである。これに限らず、圧電素子の波長は、圧電素子の主成分や形状などから適宜算出したものを用いてよい。
(1) In the above embodiment, the chamfer angle is 35 °. Not limited to this, the chamfer angle can be changed.
(2) In the above embodiment, the
(3) In the above embodiment, the main component of the
(4) In the above embodiment, the wavelength λ of the
C…面取り部
Lc…面取り部の内周側の縁と外周側の縁との間の最短の長さ寸法
Le…電極の外縁と側面部との間の最短の長さ寸法
T…超音波トランスデューサ
λ…駆動周波数での圧電素子の内部の波長
10…圧電素子
11…一方主面
12…他方主面
11A,12A…面取り部の内周側の縁
11B,12B…面取り部の外周側の縁
14…電極
14A…電極の外縁
16…側面部
C ... Chamfered portion Lc ... Shortest length dimension between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the chamfered portion Le ... Shortest length dimension between the outer edge of the electrode and the side surface T ... Ultrasonic transducer λ ... Internal wavelength of the piezoelectric element at the
Claims (3)
前記電極の外縁は、前記一方主面及び他方主面の外縁よりも内側に位置し、
前記一方主面及び他方主面は、自身の外縁に沿って形成された面取り部および、前記二つの面取り部の間に位置する側面部を介して接続され、
前記主面と平行な方向において、前記電極の外縁と前記側面部との間の最短の長さ寸法をLeとし、
駆動周波数での前記圧電素子の内部の波長をλとしたとき、
前記長さ寸法Leと前記波長λとは、0<Le≦1.368λを満たす超音波トランスデューサ。 An ultrasonic transducer provided with a piezoelectric element having electrodes on one main surface and the other main surface facing each other.
The outer edge of the electrode is located inside the outer edge of the one main surface and the other main surface.
The one main surface and the other main surface are connected via a chamfered portion formed along the outer edge of the chamfered portion and a side surface portion located between the two chamfered portions.
Le is the shortest length dimension between the outer edge of the electrode and the side surface portion in the direction parallel to the main surface.
When the wavelength inside the piezoelectric element at the drive frequency is λ,
The length dimension Le and the wavelength λ are ultrasonic transducers satisfying 0 <Le ≦ 1.368λ.
前記長さ寸法Lcと前記長さ寸法Leと前記波長λとは、
0.094λ≦Lc≦0.330λを満たした上で、
Lc≦Le≦Lc+0.259λを満たす請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 When the shortest length dimension between the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the chamfered portion in the direction parallel to the main surface is Lc,
The length dimension Lc, the length dimension Le, and the wavelength λ are
After satisfying 0.094λ≤Lc≤0.330λ
The ultrasonic transducer according to claim 1, which satisfies Lc ≦ Le ≦ Lc + 0.259λ.
0.142λ≦Lc≦0.212λを満たす請求項2に記載の超音波トランスデューサ。 The length dimension Lc and the wavelength λ are
The ultrasonic transducer according to claim 2, which satisfies 0.142λ≤Lc≤0.212λ.
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