JP3175275B2 - 超音波遅延素子 - Google Patents
超音波遅延素子Info
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- JP3175275B2 JP3175275B2 JP07358892A JP7358892A JP3175275B2 JP 3175275 B2 JP3175275 B2 JP 3175275B2 JP 07358892 A JP07358892 A JP 07358892A JP 7358892 A JP7358892 A JP 7358892A JP 3175275 B2 JP3175275 B2 JP 3175275B2
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- electrode
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波遅延素子に関
し、特にカラーテレビジョン、ビデオディスク、ビデオ
テープレコーダ等に用いるエネルギー閉じ込め型厚み振
動を利用した、小型で高性能の超音波遅延素子に関す
る。
し、特にカラーテレビジョン、ビデオディスク、ビデオ
テープレコーダ等に用いるエネルギー閉じ込め型厚み振
動を利用した、小型で高性能の超音波遅延素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波遅延素子は、図６に示すよ
うに、ガラスの超音波遅延媒体２１の端面に入力用及び
検出用の振動子２２及び２３を設け、入力用の振動子２
２から超音波パルスを放射し、このパルスが超音波遅延
媒体２１のガラスの端面で反射を繰り返しながら検出用
の振動子２３に伝播し、この振動子２３により到達した
パルスを電気信号に変換して検出し、この反射伝播の間
に要する遅延時間を利用している。
うに、ガラスの超音波遅延媒体２１の端面に入力用及び
検出用の振動子２２及び２３を設け、入力用の振動子２
２から超音波パルスを放射し、このパルスが超音波遅延
媒体２１のガラスの端面で反射を繰り返しながら検出用
の振動子２３に伝播し、この振動子２３により到達した
パルスを電気信号に変換して検出し、この反射伝播の間
に要する遅延時間を利用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の超音波遅延
素子は、ガラスの超音波遅延媒体の端面で反射を繰り返
しながらすすむ構造であり、超音波遅延媒体であるガラ
スの端面を固定すると、振動が減衰されて性能を発揮す
ることができなかった。このため部品として組立てる場
合には、金属ケースに封入する等の配慮が必要であり、
外形寸法は大きくならざるを得なかった。さらに多重反
射を繰り返して検出用の振動子に到達する必要があるた
め、この外形の切り出し角度はきわめて正確なものが要
求され、製造コストが高かった。
素子は、ガラスの超音波遅延媒体の端面で反射を繰り返
しながらすすむ構造であり、超音波遅延媒体であるガラ
スの端面を固定すると、振動が減衰されて性能を発揮す
ることができなかった。このため部品として組立てる場
合には、金属ケースに封入する等の配慮が必要であり、
外形寸法は大きくならざるを得なかった。さらに多重反
射を繰り返して検出用の振動子に到達する必要があるた
め、この外形の切り出し角度はきわめて正確なものが要
求され、製造コストが高かった。
【０００４】本発明は、上記従来技術の有する実情に鑑
みてなされたもので、振動の減衰を減らして性能を向上
させた小型な超音波遅延素子を提供することを目的とす
る。
みてなされたもので、振動の減衰を減らして性能を向上
させた小型な超音波遅延素子を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波遅延
素子は、圧電体セラミックスからなる圧電基板の対向す
る上下の二主面に、該圧電基板を挟んで対向して設けた
２組の電極により振動子と共振子を形成し、同一主面の
前記振動部電極間に、該電極を接続する超音波導波路を
形成し、前記振動子、共振子および超音波導波路は圧電
基板におけるエネルギー閉じ込め現象を用いたことを特
徴とする。本発明における２組のエネルギー閉じ込め現
象を利用するエネルギー閉じ込め型の振動部電極の、一
方は励振用の振動子とし、他方は信号取り出し用の共振
子とする。振動子及び共振子で励振される振動モード
は、厚み縦振動、厚みすべり振動、厚みねじれ振動等を
利用する。振動子と共振子とは同一又は類似に構成して
よい。超音波導波路は、圧電基板の二主面の一部分に電
極や質量負荷物質を線状に形成することによって設け
る。
素子は、圧電体セラミックスからなる圧電基板の対向す
る上下の二主面に、該圧電基板を挟んで対向して設けた
２組の電極により振動子と共振子を形成し、同一主面の
前記振動部電極間に、該電極を接続する超音波導波路を
形成し、前記振動子、共振子および超音波導波路は圧電
基板におけるエネルギー閉じ込め現象を用いたことを特
徴とする。本発明における２組のエネルギー閉じ込め現
象を利用するエネルギー閉じ込め型の振動部電極の、一
方は励振用の振動子とし、他方は信号取り出し用の共振
子とする。振動子及び共振子で励振される振動モード
は、厚み縦振動、厚みすべり振動、厚みねじれ振動等を
利用する。振動子と共振子とは同一又は類似に構成して
よい。超音波導波路は、圧電基板の二主面の一部分に電
極や質量負荷物質を線状に形成することによって設け
る。
【０００６】
【作用】本発明は、圧電体セラミックスからなる圧電基
板の上下二主面に対向して形成した２組の電極により振
動子と共振子を構成し、一方の振動子は励振用の振動子
とし、他方の共振子は信号取り出し用の共振子とすると
ともに、同一主面の振動部電極間をエネルギー閉じ込め
型の超音波導波路で接続し、一方の入力部の振動子で振
動を励振し、この振動を超音波導波路を介して他方の信
号取り出し部の共振子に伝播しこの共振子外部に信号を
取り出す。入力部の共振子は、基板の厚みと弾性定数で
決定される共振周波数を持っており、この共振周波数に
一致する信号で励振されると強勢に励振される。この励
振された弾性波は、超音波導波路の中を伝播していく。
この超音波導波路はエネルギー閉じ込め型であるため、
超音波導波路の外部では弾性波の振動エネルギーが対数
的に減衰し、超音波導波路の中をエネルギーが集中して
伝播する。伝播した弾性波は、信号取り出し用の振動子
でエネルギー閉じ込め型振動が電気信号に変換されて取
り出される。この出力信号は、入力信号に対して超音波
の伝播に要しただけ時間的に遅れを生じ、回路の役割を
果たす。
板の上下二主面に対向して形成した２組の電極により振
動子と共振子を構成し、一方の振動子は励振用の振動子
とし、他方の共振子は信号取り出し用の共振子とすると
ともに、同一主面の振動部電極間をエネルギー閉じ込め
型の超音波導波路で接続し、一方の入力部の振動子で振
動を励振し、この振動を超音波導波路を介して他方の信
号取り出し部の共振子に伝播しこの共振子外部に信号を
取り出す。入力部の共振子は、基板の厚みと弾性定数で
決定される共振周波数を持っており、この共振周波数に
一致する信号で励振されると強勢に励振される。この励
振された弾性波は、超音波導波路の中を伝播していく。
この超音波導波路はエネルギー閉じ込め型であるため、
超音波導波路の外部では弾性波の振動エネルギーが対数
的に減衰し、超音波導波路の中をエネルギーが集中して
伝播する。伝播した弾性波は、信号取り出し用の振動子
でエネルギー閉じ込め型振動が電気信号に変換されて取
り出される。この出力信号は、入力信号に対して超音波
の伝播に要しただけ時間的に遅れを生じ、回路の役割を
果たす。
【０００７】
【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。
図１は本発明に係る超音波遅延素子の一実施例を説明す
る斜視図、図２ないし図５は本実施例による超音波遅延
素子の製造工程の一部をそれぞれ説明するための図であ
る。本実施例においては、厚み縦方向に分極処理された
圧電体セラミックスで、厚み縦振動（ＴＥモード）を利
用した例で説明する。図において、１は超音波遅延素子
であり、この超音波遅延素子１は、圧電体セラミックス
の薄板の圧電基板２の一端側に、圧電基板２を挟んで対
向する上下面の二主面に対向して形成した振動部電極
３，４から形成した振動子５を設け、圧電基板２の他端
側に、圧電基板２を挟んで対向する上下の二主面に対向
して形成した振動部電極６，７から形成した共振子８を
設け、同一面の振動部電極３及び６、振動部電極４及び
７をそれぞれ接続する超音波導波路９，１０を設けて構
成している。
図１は本発明に係る超音波遅延素子の一実施例を説明す
る斜視図、図２ないし図５は本実施例による超音波遅延
素子の製造工程の一部をそれぞれ説明するための図であ
る。本実施例においては、厚み縦方向に分極処理された
圧電体セラミックスで、厚み縦振動（ＴＥモード）を利
用した例で説明する。図において、１は超音波遅延素子
であり、この超音波遅延素子１は、圧電体セラミックス
の薄板の圧電基板２の一端側に、圧電基板２を挟んで対
向する上下面の二主面に対向して形成した振動部電極
３，４から形成した振動子５を設け、圧電基板２の他端
側に、圧電基板２を挟んで対向する上下の二主面に対向
して形成した振動部電極６，７から形成した共振子８を
設け、同一面の振動部電極３及び６、振動部電極４及び
７をそれぞれ接続する超音波導波路９，１０を設けて構
成している。
【０００８】次に、図３により超音波遅延素子１の製造
方法の一例を説明する。先ず、図２に示すように、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電基板２の上下面
に、全面に電極を蒸着により形成する。この電極間に3
〜５ＫＶ／mmの電界を３０分間印加して上下（厚み）方
向に分極する。次いで、図３（ａ）に示すように、圧電
基板２の上面に、所要の振動部電極、引出し電極等用の
電極部にレジストインクを塗布した後、エッチングによ
り振動部電極３，６、及び振動部電極３に接続して引出
し電極３ａ、振動部電極６に接続して引出し電極６ａを
それぞれ対向する辺側に延ばして形成する。下面に、図
３（ｂ）に示すように、上面の振動部電極３，６に対向
した振動部電極、引出し電極等用の電極部にレジストイ
ンクを塗布した後、エッチングにより振動部電極４，
７、及び引出し電極４ａ，７ａを形成する。引出し電極
４ａは振動部電極４に接続して内側に位置し、引出し電
極７ａは振動部電極７に接続して内側に位置している。
圧電基板２を挟んでそれぞれ対向した振動部電極３，４
及び振動部電極６，７でそれぞれ振動子５及び共振子８
を構成する。
方法の一例を説明する。先ず、図２に示すように、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電基板２の上下面
に、全面に電極を蒸着により形成する。この電極間に3
〜５ＫＶ／mmの電界を３０分間印加して上下（厚み）方
向に分極する。次いで、図３（ａ）に示すように、圧電
基板２の上面に、所要の振動部電極、引出し電極等用の
電極部にレジストインクを塗布した後、エッチングによ
り振動部電極３，６、及び振動部電極３に接続して引出
し電極３ａ、振動部電極６に接続して引出し電極６ａを
それぞれ対向する辺側に延ばして形成する。下面に、図
３（ｂ）に示すように、上面の振動部電極３，６に対向
した振動部電極、引出し電極等用の電極部にレジストイ
ンクを塗布した後、エッチングにより振動部電極４，
７、及び引出し電極４ａ，７ａを形成する。引出し電極
４ａは振動部電極４に接続して内側に位置し、引出し電
極７ａは振動部電極７に接続して内側に位置している。
圧電基板２を挟んでそれぞれ対向した振動部電極３，４
及び振動部電極６，７でそれぞれ振動子５及び共振子８
を構成する。
【０００９】次いで、図４（ａ）に示すように、上面の
振動部電極３及び６間に質量負荷用物質としてインクを
所望のパターン形状に印刷して超音波導波路９を形成
し、同様にして図４（ｂ）に示すように、下面の振動部
電極４及び７間に質量負荷用のインクを印刷して超音波
導波路１０を形成する。次いで、上面の引出し電極３
ａ，６ａにそれぞれ接続して入出力のリード３ｂ，６ｂ
を取付け、下面の引出し電極４ａ，７ａにそれぞれ接続
して入出力のリード４ｂ，７ｂを取付ける。
振動部電極３及び６間に質量負荷用物質としてインクを
所望のパターン形状に印刷して超音波導波路９を形成
し、同様にして図４（ｂ）に示すように、下面の振動部
電極４及び７間に質量負荷用のインクを印刷して超音波
導波路１０を形成する。次いで、上面の引出し電極３
ａ，６ａにそれぞれ接続して入出力のリード３ｂ，６ｂ
を取付け、下面の引出し電極４ａ，７ａにそれぞれ接続
して入出力のリード４ｂ，７ｂを取付ける。
【００１０】なお、上記実施例においてＰＺＴ系の圧電
体セラミックスを使用した例で説明したが、上記ＰＺＴ
系の圧電基板は組成を選ぶことによって１／３よりも大
きなポアソン比が実現でき、周波数低下型のエネルギー
閉じ込めが可能な材料が得られる。この周波数低下型と
は、振動部分への電極付与による圧電反作用の低減、も
しくは質量をつけることによる質量効果等により、振動
部の共振周波数を低下させることによってエネルギー閉
じ込めを実現する方式である。１／３よりも大きいポア
ソン比が得られる材料として、その他ＰＬＺＴ系等の材
料がある。
体セラミックスを使用した例で説明したが、上記ＰＺＴ
系の圧電基板は組成を選ぶことによって１／３よりも大
きなポアソン比が実現でき、周波数低下型のエネルギー
閉じ込めが可能な材料が得られる。この周波数低下型と
は、振動部分への電極付与による圧電反作用の低減、も
しくは質量をつけることによる質量効果等により、振動
部の共振周波数を低下させることによってエネルギー閉
じ込めを実現する方式である。１／３よりも大きいポア
ソン比が得られる材料として、その他ＰＬＺＴ系等の材
料がある。
【００１１】さらに、ポアソン比が１／３よりも小さい
材料も使用される。ポアソン比が１／３よりも小さい材
料は、周波数上昇型のエネルギー閉じ込めが可能な材料
である。このようなポアソン比が１／３よりも小さい材
料として、配合により調整したＰＺＴ系、ＰＬＺＴ系等
の他、例えばＰｂＴｉＯ3 系、ＬｉＮｂＯ3 単結晶等の
材料も使用される、これらの周波数上昇型の材質で周波
数低下型のエネルギー閉じ込めを実現する方法として、
対向する振動電極部の厚さを周辺部より薄くする方法
（図５（ａ））、振動部電極の対向する部分に部分的に
外部からＭｎなどの音速を上昇させる元素を選択的に拡
散させる方法（図５（ｂ））等がある。また、超音波導
波路部分も上記実施例では分極処理した例で説明した
が、超音波導波路部分は分極処理しないものでもよい。
又振動モードは、圧電基板の面内に分極方向に向いてい
るＴＳモード（厚みすべり振動）、ＴＴモード（厚みね
じれ振動）などのモードも利用でき、この場合にはポア
ソン比の大小にかかわらず、周波数低下型のエネルギー
閉じ込めができる。また、電極の形成は蒸着電極に限ら
ず、メッキ電極、スパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成され
た電極であってもよい。その他、本発明は上記実施例に
限定されず、その要旨を変更しない範囲において、変
更、修正実施が可能である。
材料も使用される。ポアソン比が１／３よりも小さい材
料は、周波数上昇型のエネルギー閉じ込めが可能な材料
である。このようなポアソン比が１／３よりも小さい材
料として、配合により調整したＰＺＴ系、ＰＬＺＴ系等
の他、例えばＰｂＴｉＯ3 系、ＬｉＮｂＯ3 単結晶等の
材料も使用される、これらの周波数上昇型の材質で周波
数低下型のエネルギー閉じ込めを実現する方法として、
対向する振動電極部の厚さを周辺部より薄くする方法
（図５（ａ））、振動部電極の対向する部分に部分的に
外部からＭｎなどの音速を上昇させる元素を選択的に拡
散させる方法（図５（ｂ））等がある。また、超音波導
波路部分も上記実施例では分極処理した例で説明した
が、超音波導波路部分は分極処理しないものでもよい。
又振動モードは、圧電基板の面内に分極方向に向いてい
るＴＳモード（厚みすべり振動）、ＴＴモード（厚みね
じれ振動）などのモードも利用でき、この場合にはポア
ソン比の大小にかかわらず、周波数低下型のエネルギー
閉じ込めができる。また、電極の形成は蒸着電極に限ら
ず、メッキ電極、スパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成され
た電極であってもよい。その他、本発明は上記実施例に
限定されず、その要旨を変更しない範囲において、変
更、修正実施が可能である。
【００１２】
【発明の効果】本発明に係る超音波遅延素子によれば、
超音波導波路はエネルギー閉じ込め現象を利用するた
め、弾性波は超音波導波路から漏洩することがなく導波
媒質の端面での多重反射を利用するものでないから超音
波導波路の形状は任意にでき、遅延素子として組み立て
る場合、基板の周辺部はどこを保持してもよく、特性が
悪化することがない。また、振動子を導波媒質と一体化
することができることにより、素子の寸法が小型化でき
るとともに、振動子の張り合わせ工程等を省略でき、製
造コストが低減できる。
超音波導波路はエネルギー閉じ込め現象を利用するた
め、弾性波は超音波導波路から漏洩することがなく導波
媒質の端面での多重反射を利用するものでないから超音
波導波路の形状は任意にでき、遅延素子として組み立て
る場合、基板の周辺部はどこを保持してもよく、特性が
悪化することがない。また、振動子を導波媒質と一体化
することができることにより、素子の寸法が小型化でき
るとともに、振動子の張り合わせ工程等を省略でき、製
造コストが低減できる。
【図１】本発明に係る超音波遅延素子の一実施例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】上記実施例の製造工程の一部を説明する図であ
る。
る。
【図３】上記実施例の製造工程の他の一部を説明する図
で、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。
で、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。
【図４】上記実施例の製造工程のさらに他の一部を説明
する図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。
する図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上記実施例の振動部
電極の特性を調整する例を説明する部分図である。
電極の特性を調整する例を説明する部分図である。
【図６】従来例を示す断面図である。
１ 超音波遅延素子 ２ 圧電基板 ３，４ 振動部電極 ５ 振動子 ６，７ 振動部電極 ８ 共振子 ９，１０ 超音波導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215 H03H 9/30 - 9/40
Claims (1)
- 【請求項１】 圧電体セラミックスからなる圧電基板の
対向する上下の二主面に、該圧電基板を挟んで対向して
設けた２組の電極により振動子と共振子を形成し、同一
主面の前記振動部電極間に、該電極を接続する超音波導
波路を形成し、前記振動子、共振子および超音波導波路
は圧電基板におけるエネルギー閉じ込め現象を用いたこ
とを特徴とする超音波遅延素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07358892A JP3175275B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 超音波遅延素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07358892A JP3175275B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 超音波遅延素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235690A JPH05235690A (ja) | 1993-09-10 |
| JP3175275B2 true JP3175275B2 (ja) | 2001-06-11 |
Family
ID=13522625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07358892A Expired - Fee Related JP3175275B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 超音波遅延素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3175275B2 (ja) |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP07358892A patent/JP3175275B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05235690A (ja) | 1993-09-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |