JP3341092B2 - Ultrasonic transducer - Google Patents

Ultrasonic transducer

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JP3341092B2
JP3341092B2 JP18920193A JP18920193A JP3341092B2 JP 3341092 B2 JP3341092 B2 JP 3341092B2 JP 18920193 A JP18920193 A JP 18920193A JP 18920193 A JP18920193 A JP 18920193A JP 3341092 B2 JP3341092 B2 JP 3341092B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【産業上の利用分野】本発明は圧電薄板とすだれ状電極
とから成る超音波デバイスを非圧電基板に設けて成る超
音波トランスデューサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic transducer in which an ultrasonic device comprising a piezoelectric thin plate and interdigital electrodes is provided on a non-piezoelectric substrate.

【従来の技術】液体中に超音波を励振する場合、従来は
圧電薄板上にすだれ状電極を設けて成る超音波トランス
デューサが利用されてきた。このような超音波トランス
デューサを用いることにより、液体中に漏洩レイリ−波
や漏洩ラム波などを励振させることができる。漏洩レイ
リ−波は速度に対し周波数が一定値を示すことから、構
成は簡単ではあるがデバイス設計の自由度が小さく、し
かもすだれ状電極を含む板面が液体と接触する側にある
という問題点を有している。前記超音波トランスデュー
サを音響撮像などに利用する場合、分解能を向上させる
ために高周波化を促進したり、被測定物の焦点の位置を
微細に制御するために多モード、多周波数での駆動が必
要とされることがある。このことから、速度分散性を有
する複数のモードが存在する漏洩ラム波の使用が有力で
あると考えられるが、高周波化に伴う圧電薄板のさらな
る薄型化を必要とし、薄型化すればするほど脆弱性を伴
うという問題を残す。このようにして、従来の液体中へ
の超音波の励振手段では超音波トランスデューサの構造
そのものにも限界があり、従って、このような超音波ト
ランスデューサでは液体中への超音波の発生、検出に応
用域が限られていた。
2. Description of the Related Art To excite ultrasonic waves in a liquid, an ultrasonic transducer comprising a piezoelectric thin plate provided with interdigital electrodes has been conventionally used. By using such an ultrasonic transducer, a leaky Rayleigh wave or a leaked Lamb wave can be excited in a liquid. Leaky Rayleigh waves have a constant frequency with respect to speed, so the structure is simple, but the degree of freedom in device design is small, and the plate surface including the interdigital electrodes is on the side that comes into contact with the liquid. have. When using the ultrasonic transducer for acoustic imaging or the like, it is necessary to drive at a higher frequency in order to improve the resolution, or to drive in multiple modes and multiple frequencies to finely control the position of the focal point of the device under test. And may be. This suggests that the use of leaky Lamb waves with multiple modes with velocity dispersion is likely to be effective, but it requires further thinning of the piezoelectric thin plate with the increase in frequency, and the thinner the thinner, the more brittle The problem of having sex is left. As described above, the conventional ultrasonic wave excitation means for liquid has a limitation in the structure of the ultrasonic transducer itself, and therefore, such an ultrasonic transducer is applied to generation and detection of ultrasonic waves in liquid. The area was limited.

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低消
費電力で効率良く超音波を液体中に励振することができ
るだけでなく、液体中に存在している超音波を効率良く
電気信号に変換することができ、応答時間が短く、感度
が良く、加工性や量産性に優れた超音波トランスデュー
サを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention not only to efficiently excite ultrasonic waves in a liquid with low power consumption, but also to efficiently convert ultrasonic waves existing in the liquid into electric signals. An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer which can be converted, has a short response time, has high sensitivity, and is excellent in workability and mass productivity.

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の超音波
トランスデューサは、圧電薄板とすだれ状電極とから成
る超音波デバイスを非圧電基板の一方の板面F1に設け
て成り、前記非圧電基板のもう一方の板面F2に接触さ
れた液体L1に超音波を放射するか、または前記非圧電
基板の前記板面F2に液体L2を接触させて該液体L2
中を伝搬する超音波を受信する超音波トランスデユ−サ
であって、前記すだれ状電極は前記圧電薄板における2
つの板面P1,P2のうちの板面P1に設けられてい
て、前記圧電薄板の厚さは前記すだれ状電極の電極周期
長以下であって、前記非圧電基板単体を伝搬するバルク
波の速度は前記圧電薄板単体を伝搬する弾性表面波の速
度よりも小さいことを特徴とする。請求項2に記載の超
音波トランスデューサは、前記液体L1に超音波を放射
する手段が前記すだれ状電極を入力用とし、該すだれ状
電極に電気信号を入力することにより前記非圧電基板と
前記超音波デバイスとの界面Bに零次対称モードまたは
高次モードの弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記
非圧電基板中にバルク波としてモード変換させ、該非圧
電基板中の該バルク波を縦波として前記液体L1中に放
射し、前記圧電薄板は前記板面P2を介して前記非圧電
基板に固着されていることを特徴とする。請求項3に記
載の超音波トランスデューサは、前記非圧電基板がアク
リル板で成り、前記圧電薄板が圧電セラミックで成り、
該圧電セラミックの分極軸の方向は該圧電セラミックに
おけるすだれ状電極を有する板面と垂直であることを特
徴とする。請求項4に記載の超音波トランスデューサ
は、前記非圧電基板がアクリル板で成り、前記圧電薄板
がLiNbO3その他の単結晶で成ることを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transducer, comprising: an ultrasonic device comprising a piezoelectric thin plate and an interdigital transducer provided on one plate surface F1 of a non-piezoelectric substrate. Ultrasonic waves are radiated to the liquid L1 that has come into contact with the other plate surface F2 of the substrate, or the liquid L2 is brought into contact with the plate surface F2 of the non-piezoelectric substrate.
An ultrasonic transducer for receiving ultrasonic waves propagating through the inside of the piezoelectric thin plate, wherein
The thickness of the piezoelectric thin plate is less than or equal to the electrode period length of the interdigital transducer, and the velocity of the bulk wave propagating through the non-piezoelectric substrate alone is provided on the plate surface P1 of the two plate surfaces P1 and P2. Is characterized in that the velocity is smaller than the velocity of the surface acoustic wave propagating through the piezoelectric thin plate alone. 3. The ultrasonic transducer according to claim 2, wherein the means for radiating ultrasonic waves to the liquid L1 uses the interdigital transducer as an input, and inputs an electric signal to the interdigital transducer so that the non-piezoelectric substrate and the ultrasonic transducer are electrically connected to each other. A surface acoustic wave of a zero-order symmetric mode or a higher-order mode is excited at the interface B with the acoustic device, and the surface acoustic wave is mode-converted as a bulk wave in the non-piezoelectric substrate. It radiates as a longitudinal wave into the liquid L1, and the piezoelectric thin plate is fixed to the non-piezoelectric substrate via the plate surface P2. The ultrasonic transducer according to claim 3, wherein the non-piezoelectric substrate is made of an acrylic plate, and the piezoelectric thin plate is made of piezoelectric ceramic,
The direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic having the interdigital electrodes. According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic transducer, the non-piezoelectric substrate is made of an acrylic plate, and the piezoelectric thin plate is made of LiNbO 3 or another single crystal.

【作用】本発明の超音波トランスデューサは、圧電薄板
とすだれ状電極とから成る超音波デバイスを非圧電基板
に設けて成る簡単な構造を有する。すだれ状電極を入力
用としこのすだれ状電極に電気信号を入力する構造を採
用することにより、圧電薄板に速度VSの弾性表面波を
励振させることができる。その上、超音波デバイスを非
圧電基板に固着させた構造を採用することにより、この
弾性表面波を非圧電基板にバルク波として漏洩する形で
モード変換させることができる。このとき漏洩される弾
性表面波の位相速度は非圧電基板単体中の横波の速度V
ATよりも大きい。つまり、圧電薄板に励振される弾性表
面波のうちVSがVATよりも大きいという関係を満たす
ものが非圧電基板に漏洩される。弾性表面波はバルク波
として非圧電基板に漏洩されるが、この漏洩弾性表面波
はバルク波にモード変換されて非圧電基板内を伝搬す
る。このようにして、圧電薄板に励振された弾性表面波
のうち、位相速度が非圧電基板単体中の横波の速度VAT
よりも大きく縦波の速度VALよりも小さい波は速度VAT
とほぼ等しい速度を有する波に効率よく変換されて非圧
電基板に漏洩される。また、圧電薄板に励振された弾性
表面波のうち、位相速度が非圧電基板単体中の縦波の速
度VALよりも大きな波は速度VATあるいは速度VALとほ
ぼ等しい速度を有する波に効率よく変換されて非圧電基
板に漏洩される。さらに、このようにして漏洩されたバ
ルク波の一部は非圧電基板における超音波デバイスが設
けられていない方の板面に液体が接触した場合、その液
体中に効率よく速度VWの縦波として放射される。この
ようにして、本発明の超音波トランスデューサは液体中
への超音波の効率的な放射を可能にする。本発明の超音
波トランスデューサは、すだれ状電極を出力用とする場
合には、非圧電基板における超音波デバイスが設けられ
ていない方の板面に液体が接触したとき、その液体中に
存在している超音波をそのすだれ状電極から電気信号と
して出力させることができる。非圧電基板と該液体との
界面において該液体中に励振されている速度VWの縦波
をVATあるいはVALとほぼ等しい速度を有する波に効果
的に変換する構造を採用することにより、該液体中に励
振されている速度VWの縦波を効率よく非圧電基板に伝
搬することができる。非圧電基板に伝搬した速度VAT
るいはVALとほぼ等しい速度を有する波は圧電薄板との
界面において速度VSの弾性表面波に変換されて圧電薄
板に伝搬し、すだれ状電極において電気信号に変換され
て出力される。このようにして、本発明の超音波トラン
スデューサは液体中に存在する様々な波長の超音波のう
ち目的の波長を有する超音波を電気信号として出力させ
ることなどが可能となる。たとえば、超音波レベルにお
ける水中の異常音の検出等が可能となる。圧電薄板の厚
さをすだれ状電極の電極周期長以下にする構造を採用す
ることにより、すだれ状電極に加えられる電気的エネル
ギーが弾性表面波に変換される度合を大きくすることが
できるだけでなく、圧電薄板と非圧電基板との界面での
音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を
抑圧することができる。従って、弾性表面波の非圧電基
板への効果的な漏洩を促進させることができる。本発明
の超音波トランスデューサは、圧電薄板の厚さdを小さ
くすることに伴う脆弱性を圧電薄板を非圧電基板に固着
することによって克服している。すなわち、非圧電基板
は圧電薄板の脆弱性を克服するために重要な役割を果た
している。非圧電基板としてアクリル板を採用し、圧電
薄板として圧電セラミックを採用し、その圧電セラミッ
クの分極軸の方向が圧電セラミックにおけるすだれ状電
極を有する板面と垂直になるような構造を採用すること
により、圧電薄板に効率よく弾性表面波を励振すること
ができ、さらにその弾性表面波を非圧電基板に効率よく
漏洩することができる。非圧電基板としてアクリル板を
採用し、圧電薄板としてLiNbO3その他の単結晶を
採用することにより、圧電薄板に効率よく弾性表面波を
励振することができ、さらにその弾性表面波を非圧電基
板に効率よく漏洩することができる。圧電薄板としてP
VDFその他の圧電高分子フィルムを採用することによ
り、より高周波対応が可能な形で圧電薄板に効率よく弾
性表面波を励振することができ、さらにその弾性表面波
を非圧電基板に効率よく漏洩することができる。圧電薄
板をすだれ状電極を有しない方の板面を介して非圧電基
板に固着することにより、すだれ状電極に加えられる電
気的エネルギーを効率よく弾性表面波に変換することが
できる。
The ultrasonic transducer of the present invention has a simple structure in which an ultrasonic device composed of a piezoelectric thin plate and interdigital electrodes is provided on a non-piezoelectric substrate. By employing a structure in which the IDT electrode is used as an input and an electric signal is input to the IDT, a surface acoustic wave having a speed of V S can be excited in the piezoelectric thin plate. In addition, by employing a structure in which the ultrasonic device is fixed to the non-piezoelectric substrate, the mode conversion can be performed in such a manner that the surface acoustic wave leaks to the non-piezoelectric substrate as a bulk wave. At this time, the phase velocity of the surface acoustic wave leaked is the velocity V of the transverse wave in the non-piezoelectric substrate alone.
Greater than AT . That is, the surface acoustic waves excited on the piezoelectric thin plate that satisfy the relationship that V S is larger than V AT leak to the non-piezoelectric substrate. The surface acoustic wave is leaked to the non-piezoelectric substrate as a bulk wave, and the leaked surface acoustic wave is mode-converted into a bulk wave and propagates in the non-piezoelectric substrate. In this way, of the surface acoustic waves excited on the piezoelectric thin plate, the phase velocity is the velocity V AT of the transverse wave in the non-piezoelectric substrate alone.
Waves larger than the longitudinal wave speed V AL and larger than the speed V AT
Is efficiently converted into a wave having a speed substantially equal to the above and leaked to the non-piezoelectric substrate. Also, of the surface acoustic waves excited on the piezoelectric thin plate, a wave whose phase velocity is higher than the velocity V AL of the longitudinal wave in the non-piezoelectric substrate alone is converted into a wave having a velocity almost equal to the velocity V AT or the velocity V AL. It is well converted and leaks to non-piezoelectric substrates. Further, when the liquid comes into contact with the surface of the non-piezoelectric substrate on which the ultrasonic device is not provided, a part of the bulk wave leaked in this manner can efficiently generate a longitudinal wave having a velocity VW in the liquid. Radiated as In this way, the ultrasonic transducer of the present invention enables efficient emission of ultrasonic waves into a liquid. The ultrasonic transducer of the present invention, when the IDT electrode is used for output, when the liquid comes into contact with the surface of the non-piezoelectric substrate on which the ultrasonic device is not provided, the liquid is present in the liquid. Ultrasonic waves can be output as electrical signals from the interdigital transducer. By adopting a structure that effectively converted into a wave having a substantially equal rate longitudinal wave velocity V W, which is excited in the liquid at the interface between V AT or V AL of the non-piezoelectric substrate and the liquid, can propagate longitudinal wave velocity V W, which is excited in the liquid efficiently to the non-piezoelectric substrate. Waves with a rate approximately equal to the rate V AT or V AL propagated on non-piezoelectric substrate is converted into a surface acoustic wave velocity V S at the interface between the piezoelectric thin propagates to the piezoelectric sheet, the electrical signal in the IDT It is converted and output. In this way, the ultrasonic transducer of the present invention can output, as an electric signal, an ultrasonic wave having a target wavelength among ultrasonic waves having various wavelengths existing in a liquid. For example, it is possible to detect abnormal sound in water at the ultrasonic level. By adopting a structure in which the thickness of the piezoelectric thin plate is set to be equal to or less than the electrode cycle length of the interdigital transducer, not only can the degree of conversion of electrical energy applied to the interdigital transducer to surface acoustic waves be increased, It is possible to suppress reflection and the like caused by acoustic impedance mismatch at the interface between the piezoelectric thin plate and the non-piezoelectric substrate. Therefore, effective leakage of the surface acoustic wave to the non-piezoelectric substrate can be promoted. The ultrasonic transducer of the present invention overcomes the brittleness associated with reducing the thickness d of the piezoelectric thin plate by fixing the piezoelectric thin plate to the non-piezoelectric substrate. That is, the non-piezoelectric substrate plays an important role in overcoming the fragility of the piezoelectric thin plate. By adopting an acrylic plate as the non-piezoelectric substrate, a piezoelectric ceramic as the piezoelectric thin plate, and a structure in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is perpendicular to the plate surface having the interdigital electrodes in the piezoelectric ceramic The surface acoustic wave can be efficiently excited on the piezoelectric thin plate, and the surface acoustic wave can be efficiently leaked to the non-piezoelectric substrate. By employing an acrylic plate as the non-piezoelectric substrate and employing LiNbO 3 or other single crystal as the piezoelectric thin plate, a surface acoustic wave can be efficiently excited on the piezoelectric thin plate. It can leak efficiently. P as a piezoelectric thin plate
By using VDF and other piezoelectric polymer films, it is possible to efficiently excite a surface acoustic wave to a piezoelectric thin plate in a form that can handle higher frequencies, and to efficiently leak the surface acoustic wave to a non-piezoelectric substrate. be able to. By fixing the piezoelectric thin plate to the non-piezoelectric substrate via the plate surface having no IDT, the electric energy applied to the IDT can be efficiently converted into a surface acoustic wave.

【実施例】図1は本発明の超音波トランスデューサの一
実施例を示す断面図である。本実施例はすだれ状電極
1、圧電磁器薄板2およびアクリル板3から成る。アク
リル板3における圧電磁器薄板2を有しない方の板面は
液体に接触されている。すだれ状電極1はアルミニウム
薄膜で成る。圧電磁器薄板2は厚さがdのTDK製10
1A材(製品名)で成る。アクリル板3の厚さ(TA
は2mmである。すだれ状電極1は圧電磁器薄板2上に
設けられ、圧電磁器薄板2はアクリル板3上に設けられ
ている。圧電磁器薄板2はエポキシ系樹脂によってアク
リル板3上に固着されている。すだれ状電極1は電極周
期長が2Pの正規型のものであり、10対の電極指を有
する。図1の超音波トランスデューサのすだれ状電極1
を入力用として用いた場合、すだれ状電極1に電気信号
を入力するとその電気信号の周波数のうちすだれ状電極
1に対応する中心周波数とその近傍の周波数の電気信号
のみが弾性表面波に変換されて圧電磁器薄板2を速度V
Sで伝搬する。もしも弾性表面波の速度VSがアクリル板
3単体中での横波の速度VATよりも大きく縦波の速度V
ALよりも小さいときには、この弾性表面波は速度VAT
横波に変換されてアクリル板3に漏洩される。圧電磁器
薄板2からバルク波が漏洩されるときの漏洩角θATはV
ATとVSとの比(VAT/VS)に相関する。アクリル板3
を伝搬するバルク波はアクリル板3と液体との界面にお
いて速度VWの縦波に変換されて液体中に放射される。
このときの放射角θWは速度VWとVAT との比(VW/V
AT)に相関する。図1では圧電磁器薄板2を伝搬する弾
性表面波がアクリル板3を経由し縦波として液体中に伝
搬されるまでの伝搬形態が示されている。すだれ状電極
1に入力する電気信号の周波数に応じて速度VSが変化
することから、その電気信号の周波数を変化させること
により漏洩角θATおよび放射角θWを変動させることが
可能となる。従って、液中に超音波を放射する場合、目
的や用途に応じて最も効果的な角度で放射することがで
きる。図2はすだれ状電極1を入力用として用いた場合
で、圧電磁器薄板2に伝搬する弾性表面波の速度VS
アクリル板3単体中での縦波の速度VALよりも大きい場
合の超音波の伝搬形態を示す図である。この場合、弾性
表面波は速度VATの横波および速度VALの縦波に変換さ
れてアクリル板3に漏洩される。圧電磁器薄板2からバ
ルク波として横波が漏洩されるときの漏洩角θATはVAT
とVSとの比(VAT/VS)に相関し、縦波の場合の漏洩
角θALはVALとVSとの比(VAL/VS)に相関する。ア
クリル板3を励振するバルク波はアクリル板3と液体と
の界面において速度VWの縦波に変換されて液体中に放
射される。このときの放射角θWは速度VWとVAT との
比(VW/VAT)または速度VWとVAL との比(VW/V
AL)に相関する。すだれ状電極1に入力する電気信号の
周波数に応じて速度VSが変化することから、その電気
信号の周波数を変化させることにより、速度VSを図1
のような条件(VAT<VS<VAL)に設定することもで
き、また図2のような条件(VAL<VS)に設定するこ
ともできる。また、それぞれの漏洩角θATおよびθAL
放射角θWを変動させることが可能となる。従って、液
中に超音波を放射する場合、目的や用途に応じて最も効
果的な角度で放射することができる。図1の超音波トラ
ンスデューサのすだれ状電極1を出力用として用いた場
合、液体中における速度VWの縦波をすだれ状電極1か
ら電気信号として出力することができる。液体中におけ
る速度VWの縦波は液体とアクリル板3との界面におい
て速度VATまたはVALのバルク波に変換されてアクリル
板3を伝搬し、さらにアクリル板3と圧電磁器薄板2と
の界面において速度VSの弾性表面波に変換され、速度
Sの該弾性表面波のうちすだれ状電極1の示す中心周
波数とその近傍の周波数の弾性表面波のみが電気信号に
変換されてすだれ状電極1から出力される。このように
して、すだれ状電極1の電極周期長を目的や用途に応じ
て変化させることにより、液中における所定の波長の超
音波を電気信号として出力させることが可能となる。図
3はアクリル板3とアクリル板3に接触された水との界
面付近での超音波の伝搬形態を示す断面図である。但
し、速度VSが図1の条件(VAT<VS<VAL)を満たす
ときのものである。アクリル板3を伝搬するバルク横波
が該界面に達すると、反射角θATを示す横波反射率
T、反射角θALを示す縦波反射率RLおよび縦波透過率
Lの3成分を生じる。このようにして、アクリル板3
を伝搬するバルク横波は前記界面において一部が横波反
射率RTおよび縦波反射率RLとして反射され、残部が縦
波透過率TLとして放射角θWで水中に放射される。図4
は図1の超音波トランスデューサにおける圧電磁器薄板
2およびアクリル板3から成る層状媒体を伝搬する弾性
表面波の速度分散曲線を示す特性図であり、弾性表面波
の周波数fと圧電磁器薄板2の厚さdとの積に対する各
モードの位相速度を示す図である。但し、圧電磁器薄板
2は、圧電磁器薄板2のアクリル板3と接触する方の板
面(アクリル側板面)ともう一方の空気に接触する方の
板面(空気側板面)とがともに電気的に開放状態にある
ものを用いた。本図において”open”は開放状態で
あることを示す。また、○印は実測値を示す。弾性表面
波には複数個のモードがある。fd値がほぼ0.4MH
z・mm以下のときのA0モードの波は速度がアクリル
板3の横波速度VATよりも小さい。このような波は波の
エネルギーが表面付近に局在して伝搬する表面波であ
り、アクリル板3に漏洩されることは無い。速度がVAT
よりも大きなA0モードおよびその他のモードの波には
速度の虚数成分が存在し、波のエネルギーの一部はアク
リル板3中にバルク波として漏洩される。各モードの弾
性表面波のうち速度がVATよりも大きくVALよりも小さ
い領域の波がアクリル板3中にバルク横波として効果的
に漏洩することができる。速度がVALよりも大きい領域
の波はバルク縦波およびバルク横波としてアクリル板3
中に漏洩される。図5は図1の超音波トランスデューサ
におけるモード変換効率Cとfd値との関係を示す特性
図である。但し、圧電磁器薄板2は、圧電磁器薄板2の
アクリル側板面ともう一方の空気側板面とがともに電気
的に開放状態にあるものを用いた。A0モードを除くど
のモードにおいても圧電磁器薄板2に伝搬する弾性表面
波が効率よくアクリル板3にバルク波として漏洩される
ことがわかる。図6は圧電磁器薄板2の異なる2つの電
気的境界条件下での位相速度差から算出した実効的電気
機械結合係数k2とfd値との関係を示す特性図であ
る。但し、圧電磁器薄板2は、圧電磁器薄板2の空気側
板面にすだれ状電極1(IDT)を設けアクリル側板面
を電気的に開放状態にしたものを用いている。A0モー
ドのk2はfd=2.8MHz・mm付近からほぼ一定
の値(k2=4%)を示している。S0モードはfd=
1.4MHz・mm付近で1つのピーク(k2=17.
5%)が存在する。このピークは圧電磁器薄板2からア
クリル板3へ漏洩される表面波に対応するものと考えら
れる。A1およびA2モードもまた効率的には良好な値を
示している。このようにして、A0モードを除くどのモ
ードにおいても弾性表面波を圧電磁器薄板2からアクリ
ル板3へ効率よく漏洩させることができ、fd値を調整
することによりアクリル板3への最も効率のよい漏洩を
実現することができる。また、圧電磁器薄板2の空気側
板面にすだれ状電極1を設けた構造は製作上の容易性に
もつながるという利点を有している。図7は圧電磁器薄
板2の異なる2つの電気的境界条件下での位相速度差か
ら算出した実効的電気機械結合係数k2とfd値との関
係を示す特性図である。但し、圧電磁器薄板2は、圧電
磁器薄板2の空気側板面にすだれ状電極1を設けアクリ
ル側板面を電気的に短絡状態にしたものを用いている。
本実施例においては圧電磁器薄板2の板面に金属薄膜を
被覆することによりその板面を電気的に短絡状態にして
いる。本図において”short”は短絡状態であるこ
とを示す。図7においても図6と同様に、A0モードを
除くどのモードにおいても弾性表面波を圧電磁器薄板2
からアクリル板3へ効率よく漏洩させることができ、f
d値を調整することによりアクリル板3への最も効率の
よい漏洩を実現することができる。また、圧電磁器薄板
2の空気側板面にすだれ状電極1を設けた構造は製作上
の容易性にもつながるという利点を有している。図8は
図3に示す横波反射率RT、縦波反射率RLおよび縦波透
過率TLの位相速度に対するエネルギー分配率と角度と
の関係を示す特性図である。すなわち、バルク横波に関
する特性図である。但し、このときの角度は横波反射率
Tに対しては反射角θATを、縦波反射率RLに対しては
反射角θALを、縦波透過率TLに対しては放射角θWを示
す。縦波透過率TLの値が最も大きいのは位相速度がほ
ぼ1800m/sから2400m/s付近の領域であっ
て、このときの放射角θWは約60度から40度程度で
あることがわかる。図9はバルク縦波に関する横波反射
率RT、縦波反射率RLおよび縦波透過率TLの位相速度
に対するエネルギー分配率と角度との関係を示す特性図
である。縦波透過率TLの透過率が最も大きいのは位相
速度がほぼ2800m/s付近よりも大きな領域であっ
て、このときの放射角θWは約40度以下であることが
わかる。 図10は図1の超音波トランスデューサにお
ける挿入損失と周波数との関係の一実施例を示す特性図
であり、圧電磁器薄板2の厚さdが200μm、すだれ
状電極1の電極周期長2Pが460μmの場合の結果で
ある。本図において実線はアクリル板3に水が接触して
いない場合を示し、点線はアクリル板3に水が接触して
いる場合を示す。各周波数における実線と点線との差が
大きいほど水中に縦波として放射される度合が大きいこ
とから、A0モードを除くどのモードの表面波でも水中
に縦波として効率よく放射されていることがわかる。特
に、中心周波数がほぼ6MHzのS0モードや中心周波
数がほぼ13MHzのS2モードの表面波が水中に縦波
として放射される度合が大きいことがわかる。
1 is a sectional view showing an embodiment of the ultrasonic transducer according to the present invention. This embodiment comprises an interdigital electrode 1, a piezoelectric ceramic thin plate 2, and an acrylic plate 3. The surface of the acrylic plate 3 not having the piezoelectric ceramic thin plate 2 is in contact with the liquid. The interdigital electrode 1 is made of an aluminum thin film. The piezoelectric ceramic plate 2 is made of TDK 10 having a thickness of d.
It is made of 1A material (product name). The thickness of the acrylic plate 3 (T A)
Is 2 mm. The interdigital transducer 1 is provided on a piezoelectric ceramic plate 2, and the piezoelectric ceramic plate 2 is provided on an acrylic plate 3. The piezoelectric ceramic thin plate 2 is fixed on the acrylic plate 3 with an epoxy resin. The interdigital transducer 1 is of a regular type having an electrode cycle length of 2P, and has ten pairs of electrode fingers. The interdigital transducer 1 of the ultrasonic transducer of FIG.
Is used for input, when an electric signal is input to the interdigital transducer 1, only the electric signal of the center frequency corresponding to the interdigital transducer 1 and the frequency near the electric signal among the electric signal frequencies are converted into surface acoustic waves. Speed of the piezoelectric ceramic thin plate 2
Propagate in S. If the velocity V S of the surface acoustic wave is greater than the velocity V AT of the shear wave in the acrylic plate 3 alone, the velocity V of the longitudinal wave
When less than AL, the surface acoustic wave is converted into a shear wave velocity V AT is leaked to the acrylic plate 3. The leakage angle θ AT when a bulk wave is leaked from the piezoelectric ceramic thin plate 2 is V
It correlates with the ratio of AT to V S (V AT / V S ). Acrylic board 3
Bulk waves propagating is emitted to be converted into longitudinal waves in the liquid velocity V W in the interface between the acrylic plate 3 and the liquid.
At this time, the radiation angle θ W is the ratio of the speed V W to V AT (V W / V
AT ). FIG. 1 shows a propagation mode until a surface acoustic wave propagating through the piezoelectric ceramic thin plate 2 propagates through the acrylic plate 3 as a longitudinal wave into the liquid. Since the speed V S changes in accordance with the frequency of the electric signal input to the interdigital transducer 1, the leakage angle θ AT and the radiation angle θ W can be changed by changing the frequency of the electric signal. . Therefore, when radiating the ultrasonic wave into the liquid, the ultrasonic wave can be radiated at the most effective angle according to the purpose and application. FIG. 2 shows a case where the interdigital electrode 1 is used as an input, and the speed V S of the surface acoustic wave propagating in the piezoelectric ceramic thin plate 2 is larger than the speed V AL of the longitudinal wave in the acrylic plate 3 alone. It is a figure showing the propagation form of a sound wave. In this case, the surface acoustic wave is converted into a longitudinal wave of the shear wave and the velocity V AL velocity V AT is leaked to the acrylic plate 3. The leakage angle θ AT when a transverse wave is leaked as a bulk wave from the piezoelectric ceramic thin plate 2 is V AT
And correlated to the ratio (V AT / V S) and V S, leak angle theta AL in the case of longitudinal wave is correlated to the ratio (V AL / V S) of the V AL and V S. Bulk wave that excites the acrylic plate 3 is emitted are converted into longitudinal waves velocity V W in the interface between the acrylic plate 3 and the liquid in the liquid. At this time, the radiation angle θ W is determined by the ratio of the speed V W to V AT (V W / V AT ) or the ratio of the speed V W to V AL (V W / V
AL ). Since the velocity V S is varied depending on the frequency of the electric signal which is input to the interdigital transducer 1, by changing the frequency of the electrical signal, the velocity V S 1
(V AT <V S <V AL ) or the condition (V AL <V S ) as shown in FIG. In addition, it becomes possible to vary the respective leakage angles θ AT and θ AL and the radiation angle θ W. Therefore, when radiating the ultrasonic wave into the liquid, the ultrasonic wave can be radiated at the most effective angle according to the purpose and application. When using the interdigital electrodes 1 of the ultrasonic transducer 1 for output, it is possible to output a longitudinal wave velocity V W in the liquid from the interdigital transducer 1 as an electric signal. The longitudinal wave of the velocity V W in the liquid is converted into a bulk wave of the velocity V AT or V AL at the interface between the liquid and the acrylic plate 3 and propagates through the acrylic plate 3. is converted into a surface acoustic wave velocity V S at the interface, only the center frequency surface acoustic wave having a frequency in the vicinity thereof showing the interdigital electrodes 1 of the surface acoustic wave velocity V S is converted into an electric signal interdigital Output from the electrode 1. In this way, by changing the electrode cycle length of the interdigital electrode 1 according to the purpose or application, it becomes possible to output ultrasonic waves of a predetermined wavelength in the liquid as electric signals. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the propagation form of ultrasonic waves near the interface between the acrylic plate 3 and water contacted with the acrylic plate 3. However, this is when the speed V S satisfies the condition of FIG. 1 (V AT <V S <V AL ). When the bulk shear wave propagating through the acrylic plate 3 reaches the interface, the three components of the shear wave reflectance R T indicating the reflection angle θ AT , the longitudinal wave reflectance RL indicating the reflection angle θ AL , and the longitudinal wave transmittance TL are calculated. Occurs. In this way, the acrylic plate 3
Bulk shear wave propagating through a portion at the interface is reflected as a transverse wave reflectivity R T and the longitudinal wave reflectivity R L, the remainder is emitted to the water in the radiation angle theta W as a longitudinal wave transmittance T L. FIG.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave propagating through a layered medium composed of the piezoelectric ceramic thin plate 2 and the acrylic plate 3 in the ultrasonic transducer of FIG. 1, and shows the frequency f of the surface acoustic wave and the thickness of the piezoelectric ceramic thin plate 2. FIG. 7 is a diagram illustrating a phase velocity of each mode with respect to a product of the height d. However, in the piezoelectric ceramic thin plate 2, both the plate surface of the piezoelectric ceramic thin plate 2 that contacts the acrylic plate 3 (the acrylic side plate surface) and the other plate surface that contacts the air (the air side plate surface) are electrically connected. Used in the open state. In this figure, "open" indicates that the device is in an open state. In addition, ○ indicates an actually measured value. A surface acoustic wave has a plurality of modes. fd value is approximately 0.4 MH
Wave A 0 mode when the following z · mm speed is less than the shear wave velocity V AT acrylic plate 3. Such a wave is a surface wave in which energy of the wave is localized and propagates near the surface, and is not leaked to the acrylic plate 3. Speed is V AT
Waves of the A 0 mode and other modes larger than the above have an imaginary component of the velocity, and a part of the energy of the wave leaks into the acrylic plate 3 as a bulk wave. Wave region speed is smaller than the larger V AL than V AT of the surface acoustic wave of each mode can be effectively leakage as a bulk shear wave into the acrylic plate 3. Wave area rate is greater than V AL acrylic plate 3 as a bulk longitudinal waves and bulk shear wave
Leaked inside. FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between the mode conversion efficiency C and the fd value in the ultrasonic transducer of FIG. However, the piezoelectric ceramic thin plate 2 used had both the acrylic side plate surface and the other air side plate surface of the piezoelectric ceramic thin plate 2 electrically open. It can be seen that the surface acoustic wave is also propagated to the piezoelectric ceramic thin plate 2 in any mode except the A 0 mode is leaky as a bulk wave efficiently acrylic plate 3. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the effective electromechanical coupling coefficient k 2 calculated from the phase velocity difference of the piezoelectric ceramic thin plate 2 under two different electrical boundary conditions and the fd value. However, the piezoelectric ceramic thin plate 2 is one in which the interdigital electrode 1 (IDT) is provided on the air side plate surface of the piezoelectric ceramic thin plate 2 and the acrylic side plate surface is electrically opened. K 2 in the A 0 mode shows a substantially constant value (k 2 = 4%) from around fd = 2.8 MHz · mm. S 0 mode is fd =
One peak around 1.4 MHz · mm (k 2 = 17.
5%). This peak is considered to correspond to the surface wave leaking from the piezoelectric ceramic thin plate 2 to the acrylic plate 3. The A 1 and A 2 modes also show good values efficiently. In this way, also it is possible to leak efficiently SAW from the piezoelectric ceramic thin plate 2 to the acrylic plate 3 in which mode except A 0 mode, by adjusting the fd value of the most efficient of the acrylic plate 3 Good leakage can be realized. Further, the structure in which the interdigital electrode 1 is provided on the air-side plate surface of the piezoelectric ceramic thin plate 2 has an advantage that it is easy to manufacture. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the effective electromechanical coupling coefficient k 2 calculated from the phase velocity difference under two different electrical boundary conditions of the piezoelectric ceramic thin plate 2 and the fd value. However, the piezoelectric ceramic thin plate 2 is one in which the interdigital electrode 1 is provided on the air side plate surface of the piezoelectric ceramic thin plate 2 and the acrylic side plate surface is electrically short-circuited.
In the present embodiment, the plate surface of the piezoelectric ceramic thin plate 2 is coated with a metal thin film to electrically short the plate surface. In this drawing, "short" indicates a short-circuit state. Figure also similar to FIG. 6 in 7, A 0 piezoelectric ceramic thin plate 2 a surface acoustic wave in any mode except the mode
Can efficiently leak to the acrylic plate 3 from f
By adjusting the d value, the most efficient leakage to the acrylic plate 3 can be realized. Further, the structure in which the interdigital electrode 1 is provided on the air-side plate surface of the piezoelectric ceramic thin plate 2 has an advantage that it is easy to manufacture. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the energy distribution ratio and the angle with respect to the phase velocity of the shear wave reflectance RT , the longitudinal wave reflectance RL, and the longitudinal wave transmittance TL shown in FIG. That is, it is a characteristic diagram relating to a bulk shear wave. However, the reflection angle theta AT for angle transverse wave reflectivity R T of this time, the radiation angle is the reflection angle theta AL, the longitudinal wave transmission T L for the longitudinal wave reflectivity R L Indicates θ W. The value of the longitudinal wave transmittance T L is the largest in the region where the phase velocity is approximately from 1800 m / s to 2400 m / s, and the radiation angle θ W at this time may be about 60 to 40 degrees. Understand. Figure 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the energy distribution ratio and the angle with respect to the phase velocity of the bulk shear wave reflectivity about the longitudinal wave R T, the longitudinal wave reflectivity R L and the longitudinal wave transmittance T L. It can be seen that the transmittance of the longitudinal wave transmittance TL is the largest in the region where the phase velocity is greater than approximately around 2800 m / s, and the radiation angle θ W at this time is about 40 degrees or less. FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the insertion loss and the frequency in the ultrasonic transducer of FIG. 1, where the thickness d of the piezoelectric ceramic thin plate 2 is 200 μm, and the electrode period length 2P of the interdigital transducer 1 is 460 μm. It is a result in the case of. In this figure, a solid line indicates a case where water is not in contact with the acrylic plate 3, and a dotted line indicates a case where water is in contact with the acrylic plate 3. Since the degree is large, which is emitted as longitudinal waves in water larger the difference between the solid line and the dotted line at each frequency, that is efficiently radiated as longitudinal wave in water in the surface wave which mode except A 0 mode Understand. In particular, it can be seen that the degree of surface waves of the S 0 mode having a center frequency of about 6 MHz and the S 2 mode of a center frequency of about 13 MHz being radiated as longitudinal waves into water is large.

【発明の効果】本発明の超音波トランスデューサによれ
ば、すだれ状電極を入力用としこのすだれ状電極に電気
信号を入力することにより、圧電薄板に速度VSの弾性
表面波を励振させることができる。その上、超音波デバ
イスを非圧電基板に固着させた構造を採用することによ
り、この弾性表面波を非圧電基板にバルク波として漏洩
する形でモード変換させることができる。このとき漏洩
される弾性表面波の位相速度は非圧電基板単体中の横波
の速度VATよりも大きい。つまり、圧電薄板に励振され
る弾性表面波のうちVSがVATよりも大きいという関係
を満たすものが非圧電基板に漏洩される。このようにし
て、圧電薄板に励振された弾性表面波のうち、位相速度
が非圧電基板単体中の横波の速度VATよりも大きく縦波
の速度VALよりも小さい波は速度VATとほぼ等しい速度
を有する波に効率よく変換されて非圧電基板に漏洩され
る。また、圧電薄板に励振された弾性表面波のうち、位
相速度が非圧電基板単体中の縦波の速度VALよりも大き
な波は速度VATあるいは速度VALとほぼ等しい速度を有
する波に効率よく変換されて非圧電基板に漏洩される。
さらに、このようにして漏洩されたバルク波の一部は非
圧電基板における超音波デバイスが設けられていない方
の板面に液体が接触した場合、その液体中に効率よく速
度VWの縦波として放射される。このようにして、本発
明の超音波トランスデューサは液体中への超音波の効率
的な放射を可能にする。すだれ状電極を出力用とする場
合には、非圧電基板における超音波デバイスが設けられ
ていない方の板面に液体が接触したとき、その液体中に
存在している超音波をそのすだれ状電極から電気信号と
して出力させることができる。非圧電基板と該液体との
界面において該液体中に励振されている速度VWの縦波
をVATあるいはVALとほぼ等しい速度を有する波に効果
的に変換する構造を採用することにより、該液体中に励
振されている速度VWの縦波を効率よく非圧電基板に伝
搬することができる。非圧電基板に伝搬した波は圧電薄
板との界面において速度VSの弾性表面波に変換されて
圧電薄板に伝搬し、すだれ状電極において電気信号に変
換されて出力される。このようにして、液体中に存在す
る様々な波長の超音波のうち目的の波長を有する超音波
を電気信号として出力させることなどが可能となる。た
とえば、超音波レベルにおける水中の異常音の検出等が
可能となる。圧電薄板の厚さをすだれ状電極の電極周期
長以下にする構造を採用することにより、すだれ状電極
に加えられる電気的エネルギーが弾性表面波に変換され
る度合を大きくすることができるだけでなく、圧電薄板
と非圧電基板との界面での音響インピーダンスの不整合
等によって生じる反射等を抑圧することができる。従っ
て、弾性表面波の非圧電基板への効果的な漏洩を促進さ
せることができる。このようにして、圧電薄板の厚さd
を小さくすることに伴う脆弱性を圧電薄板を非圧電基板
に固着することによって克服している。すなわち、非圧
電基板は圧電薄板の脆弱性を克服するために重要な役割
を果たしている。非圧電基板としてアクリル板を採用
し、圧電薄板として圧電セラミックを採用し、その圧電
セラミックの分極軸の方向が圧電セラミックにおけるす
だれ状電極を有する板面と垂直になるような構造を採用
することにより、圧電薄板に効率よく弾性表面波を励振
することができ、さらにその弾性表面波を非圧電基板に
効率よく漏洩することができる。非圧電基板としてアク
リル板を採用し、圧電薄板としてLiNbO3その他の
単結晶を採用することにより、圧電薄板に効率よく弾性
表面波を励振することができ、さらにその弾性表面波を
非圧電基板に効率よく漏洩することができる。圧電薄板
としてPVDFその他の圧電高分子フィルムを採用する
ことにより、より高周波対応が可能な形で圧電薄板に効
率よく弾性表面波を励振することができ、さらにその弾
性表面波を非圧電基板に効率よく漏洩することができ
る。圧電薄板をすだれ状電極を有しない方の板面を介し
て非圧電基板に固着することにより、すだれ状電極に加
えられる電気的エネルギーを効率よく弾性表面波に変換
することができる。
According to the ultrasonic transducer of the present invention, it is possible to excite a piezoelectric thin plate with a surface acoustic wave having a speed of V S by using an interdigital transducer as an input and inputting an electric signal to the interdigital transducer. it can. In addition, by employing a structure in which the ultrasonic device is fixed to the non-piezoelectric substrate, the mode conversion can be performed in such a manner that the surface acoustic wave leaks to the non-piezoelectric substrate as a bulk wave. At this time, the phase velocity of the leaked surface acoustic wave is higher than the velocity V AT of the shear wave in the non-piezoelectric substrate alone. That is, the surface acoustic waves excited on the piezoelectric thin plate that satisfy the relationship that V S is larger than V AT leak to the non-piezoelectric substrate. In this way, of the surface acoustic waves excited on the piezoelectric thin plate, the wave whose phase velocity is larger than the velocity V AT of the transverse wave and smaller than the velocity V AL of the longitudinal wave in the non-piezoelectric substrate alone is almost equal to the velocity V AT. The waves are efficiently converted into waves having the same speed and leak to the non-piezoelectric substrate. Also, of the surface acoustic waves excited on the piezoelectric thin plate, a wave whose phase velocity is higher than the velocity V AL of the longitudinal wave in the non-piezoelectric substrate alone is converted into a wave having a velocity almost equal to the velocity V AT or the velocity V AL. It is well converted and leaks to non-piezoelectric substrates.
Further, when the liquid comes into contact with the surface of the non-piezoelectric substrate on which the ultrasonic device is not provided, a part of the bulk wave leaked in this manner can efficiently generate a longitudinal wave having a velocity VW in the liquid. Radiated as In this way, the ultrasonic transducer of the present invention enables efficient emission of ultrasonic waves into a liquid. When the interdigital transducer is used for output, when the liquid comes into contact with the surface of the non-piezoelectric substrate on which the ultrasonic device is not provided, the ultrasonic waves present in the liquid are transmitted to the interdigital transducer. Can be output as an electric signal. By adopting a structure that effectively converted into a wave having a substantially equal rate longitudinal wave velocity V W, which is excited in the liquid at the interface between V AT or V AL of the non-piezoelectric substrate and the liquid, can propagate longitudinal wave velocity V W, which is excited in the liquid efficiently to the non-piezoelectric substrate. The wave propagated to the non-piezoelectric substrate is converted into a surface acoustic wave having a speed of V S at the interface with the piezoelectric thin plate, propagates to the piezoelectric thin plate, and is converted into an electric signal at the IDT and output. In this way, it is possible to output ultrasonic waves having a target wavelength among various ultrasonic waves present in the liquid as electric signals. For example, it is possible to detect abnormal sound in water at the ultrasonic level. By adopting a structure in which the thickness of the piezoelectric thin plate is set to be equal to or less than the electrode cycle length of the interdigital transducer, not only can the degree of conversion of electrical energy applied to the interdigital transducer to surface acoustic waves be increased, It is possible to suppress reflection and the like caused by acoustic impedance mismatch at the interface between the piezoelectric thin plate and the non-piezoelectric substrate. Therefore, effective leakage of the surface acoustic wave to the non-piezoelectric substrate can be promoted. Thus, the thickness d of the piezoelectric thin plate
The fragility associated with reducing the size is overcome by fixing the piezoelectric thin plate to the non-piezoelectric substrate. That is, the non-piezoelectric substrate plays an important role in overcoming the fragility of the piezoelectric thin plate. By adopting an acrylic plate as the non-piezoelectric substrate, a piezoelectric ceramic as the piezoelectric thin plate, and a structure in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is perpendicular to the plate surface having the interdigital electrodes in the piezoelectric ceramic The surface acoustic wave can be efficiently excited on the piezoelectric thin plate, and the surface acoustic wave can be efficiently leaked to the non-piezoelectric substrate. By employing an acrylic plate as the non-piezoelectric substrate and employing LiNbO 3 or other single crystal as the piezoelectric thin plate, a surface acoustic wave can be efficiently excited on the piezoelectric thin plate. It can leak efficiently. By adopting PVDF or other piezoelectric polymer film as the piezoelectric thin plate, surface acoustic waves can be efficiently excited on the piezoelectric thin plate in a form that can handle higher frequencies, and the surface acoustic wave can be efficiently applied to the non-piezoelectric substrate. Can leak well. By fixing the piezoelectric thin plate to the non-piezoelectric substrate via the plate surface having no IDT, the electric energy applied to the IDT can be efficiently converted into a surface acoustic wave.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の超音波トランスデューサの一実施例を
示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ultrasonic transducer according to the present invention.

【図2】すだれ状電極1を入力用として用いた場合で、
速度VSが速度VALよりも大きい場合の超音波の伝搬形
態を示す図。
FIG. 2 shows a case where the interdigital transducer 1 is used for input;
Shows the propagation mode of the ultrasonic wave when the speed V S is greater than the speed V AL.

【図3】アクリル板3とアクリル板3に接触された水と
の界面付近での超音波の伝搬形態を示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an ultrasonic wave propagation pattern near an interface between an acrylic plate 3 and water contacted with the acrylic plate 3;

【図4】図1の超音波トランスデューサにおける圧電磁
器薄板2およびアクリル板3から成る層状媒体を伝搬す
る弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave propagating through a layered medium including the piezoelectric ceramic thin plate 2 and the acrylic plate 3 in the ultrasonic transducer of FIG.

【図5】図1の超音波トランスデューサにおけるモード
変換効率Cとfd値との関係を示す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a mode conversion efficiency C and an fd value in the ultrasonic transducer of FIG.

【図6】圧電磁器薄板2の異なる2つの電気的境界条件
下での位相速度差から算出した実効的電気機械結合係数
2とfd値との関係を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an effective electromechanical coupling coefficient k 2 calculated from a phase velocity difference under two different electrical boundary conditions of the piezoelectric ceramic thin plate 2 and an fd value.

【図7】圧電磁器薄板2の異なる2つの電気的境界条件
下での位相速度差から算出した実効的電気機械結合係数
2とfd値との関係を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between an effective electromechanical coupling coefficient k 2 calculated from a phase velocity difference under two different electrical boundary conditions of the piezoelectric ceramic thin plate 2 and an fd value.

【図8】図3に示す横波反射率RT、縦波反射率RLおよ
び縦波透過率TLの位相速度に対するエネルギー分配率
と角度との関係を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the energy distribution ratio and the angle with respect to the phase velocity of the shear wave reflectance R T , longitudinal wave reflectance RL, and longitudinal wave transmittance TL shown in FIG.

【図9】バルク縦波に関する横波反射率RT、縦波反射
率RLおよび縦波透過率TLの位相速度に対するエネルギ
ー分配率と角度との関係を示す特性図。
[9] characteristic diagram showing the relationship between the energy distribution ratio and the angle with respect to the phase velocity of the shear wave reflectivity for Bulk longitudinal wave R T, the longitudinal wave reflectivity R L and the longitudinal wave transmittance T L.

【図10】図1の超音波トランスデューサにおける挿入
損失と周波数との関係の一実施例を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between insertion loss and frequency in the ultrasonic transducer of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 すだれ状電極 2 圧電磁器薄板 3 アクリル板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Interdigital electrode 2 Piezoelectric ceramic thin plate 3 Acrylic plate

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧電薄板とすだれ状電極とから成る超音
波デバイスを非圧電基板の一方の板面F1に設けて成
り、前記非圧電基板のもう一方の板面F2に接触された
液体L1に超音波を放射するか、または前記非圧電基板
の前記板面F2に液体L2を接触させて該液体L2中を
伝搬する超音波を受信する超音波トランスデユ−サであ
って、 前記すだれ状電極は前記圧電薄板における2つの板面P
1,P2のうちの板面P1に設けられていて、 前記圧電薄板の厚さは前記すだれ状電極の電極周期長以
下であって、 前記非圧電基板単体を伝搬するバルク波の速度は前記圧
電薄板単体を伝搬する弾性表面波の速度よりも小さいこ
とを特徴とする超音波トランスデューサ。
1. An ultrasonic device comprising a piezoelectric thin plate and an interdigital electrode is provided on one plate surface F1 of a non-piezoelectric substrate, and an ultrasonic device is provided on a liquid L1 contacting the other plate surface F2 of the non-piezoelectric substrate. An ultrasonic transducer which emits ultrasonic waves or receives ultrasonic waves propagating in the liquid L2 by bringing the liquid L2 into contact with the plate surface F2 of the non-piezoelectric substrate, wherein the IDT electrodes are Two plate surfaces P in the piezoelectric thin plate
1 and P2, the thickness of the piezoelectric thin plate is less than or equal to the electrode cycle length of the interdigital transducer, and the speed of a bulk wave propagating through the non-piezoelectric substrate alone is An ultrasonic transducer, wherein the velocity is lower than the velocity of a surface acoustic wave propagating in a single thin plate.
【請求項2】 前記液体L1に超音波を放射する手段は
前記すだれ状電極を入力用とし、該すだれ状電極に電気
信号を入力することにより前記非圧電基板と前記超音波
デバイスとの界面Bに零次対称モードまたは高次モード
の弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電基板
中にバルク波としてモード変換させ、該非圧電基板中の
該バルク波を縦波として前記液体L1中に放射し、 前記圧電薄板は前記板面P2を介して前記非圧電基板に
固着されていることを特徴とする請求項1に記載の超音
波トランスデューサ。
2. The means for radiating ultrasonic waves to the liquid L1 uses the interdigital transducer as an input, and inputs an electric signal to the interdigital transducer to thereby provide an interface B between the non-piezoelectric substrate and the ultrasonic device. A surface acoustic wave of a zero-order symmetric mode or a higher-order mode is excited, and the surface acoustic wave is mode-converted as a bulk wave in the non-piezoelectric substrate. 2. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the piezoelectric thin plate is radiated into the non-piezoelectric substrate via the plate surface P <b> 2. 3.
【請求項3】 前記非圧電基板がアクリル板で成り、前
記圧電薄板が圧電セラミックで成り、該圧電セラミック
の分極軸の方向は該圧電セラミックにおけるすだれ状電
極を有する板面と垂直であることを特徴とする請求項1
または2に記載の超音波トランスデューサ。
3. The non-piezoelectric substrate is made of an acrylic plate, the piezoelectric thin plate is made of piezoelectric ceramic, and the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic having interdigital electrodes. Claim 1.
Or the ultrasonic transducer according to 2.
【請求項4】 前記非圧電基板がアクリル板で成り、前
記圧電薄板がLiNbO3その他の単結晶で成ることを
特徴とする請求項1または2に記載の超音波トランスデ
ューサ。
4. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the non-piezoelectric substrate is made of an acrylic plate, and the thin piezoelectric plate is made of LiNbO 3 or another single crystal.
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