JP3348902B2

JP3348902B2 - 受波型圧電素子

Info

Publication number: JP3348902B2
Application number: JP07750593A
Authority: JP
Inventors: 卓佐藤; 和元鈴木; 信宏森山; 謙一中村
Original assignee: 呉羽化学工業株式会社
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH06269092A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音波の受信感度を高め
た受波型圧電素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気中または気体中を伝播する音波を受
信すべく通常はこれら媒体中に置かれて使用されるマイ
クロホン、ならびに水中または液体中を伝播する音波を
受信すべく通常はこれらの媒体中に置かれて使用される
ハイドロホン等の受波型圧電素子が知られている。

【０００３】これら圧電素子における音波の受信感度
は、圧電素子の大きさが音波の波長に比べて十分小さい
場合には、静水圧圧電ひずみ定数（ｄ_h定数）によって
表現され、当然ｄ_h定数が大きい程感度が優れる。

【０００４】従来、このｄ_h定数は、一定の条件下で圧
電特性を付与された圧電体に固有のものと捉えられてお
り、これを素子の構造面から捉えて圧電素子の感度向上
に結び付けた例は皆無に等しい。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】本発明の目的は、一定の圧電
体からより高い感度の受波型圧電素子を実現することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らの研究によれ
ば、上述の目的の達成のためには、一定の大きさの圧電
体を、より大面積の一対の剛性部材により圧電体の厚さ
方向で挾持させ、該剛性部材の外表面に作用する音圧を
より小面積の圧電体の厚さ方向変形応力として収束させ
ることが極めて有効であることが見出された。

【０００７】すなわち、本発明の受波型圧電素子は、あ
る厚さを挾む二つの表面と該二表面にほぼ直交する外周
側面を有する圧電体と、前記圧電体表面よりも大面積で
あり、かつ圧電体をその厚さ方向に挾持する一対の剛性
部材とを含み、該一対の剛性部材の外表面に作用する音
圧をより小面積の圧電体の厚さ方向変形応力として収束
させ、且つ前記一対の剛性部材の圧電体挾持に用いられ
ない側方突出部と、その屈曲延長部又は追加の剛体枠の
内表面を含む剛体表面により包囲された気密な内部空間
を区画・形成させ、該内部空間を真空とするか、気体ま
たは発泡樹脂のいずれかを充填することにより、前記剛
性部材の側方突出部内表面および圧電体の外周側面への
音圧を遮断するように構成したことを特徴とするもので
ある。

【０００８】上記のような音圧の圧電体の厚さ方向変形
応力としての収束を効果的に達成するためには、音圧に
より圧電体の厚さ方向へ一対の剛性部材が変位するのを
妨げずに自在とすること、および一対の剛性部材の圧電
体を挾持する内側面において、圧電体の挾持に用いられ
ない側方突出部の内表面に対する音圧の作用を実質的に
遮断するように構成することが好ましい。すなわち、圧
電体の厚さ方向変形応力として収束させることにより利
用可能な音圧の作用する剛性部材の外表面積（有効作用
面積）は、一般的な意味での外表面積そのものではな
く、剛性部材が圧電体を押圧する方向（押圧方向）に垂
直な平面への剛性部材の外表面の投影面積であり、且つ
そのうち外表面と対向する内表面に音圧が作用すること
がある場合には、その音圧の作用する内表面の面積（同
様に押圧方向に垂直な平面への投影面積）を差し引いた
ものとなる。平板状の圧電体の場合、上記の「圧電体を
押圧する方向に垂直な平面」は、一般に圧電体表面に平
行な平面とされる。

【０００９】また、本発明でいう音波は、圧力振動の波
と解釈されるべきであり、可聴域の音波に限定されるも
のではない。より正確には、本発明の音波は、その波長
が剛性部材の大きさと比較できる程度より長い圧力振動
の波である。また、音圧は上記振動の圧力である。

【００１０】

【作用】上述したように、本発明においては、一定の大
きさの圧電体をより大面積の一対の剛性部材で挾持させ
て、圧電体の厚さ方向変形に寄与する音圧の有効作用面
積を増大させることにより見掛け上ｄ_h定数の著しい増
大を図ることができる。また、音圧の有効作用面積の増
大のために行われる、剛性部材内表面への音圧の遮断に
より、圧電体のｄ_h定数のうち、圧電体の厚さ方向成分
（厚さ方向に分極した場合のｄ₃₃成分）と相反する作用
を有する厚さ方向と直交する成分（例えばｄ₃₁成分およ
びｄ₃₂成分）の寄与、すなわち、圧電体の厚さ方向と直
交する側面への音圧の作用、を遮断する効果があるため
（本出願人による平成５年特許願第３３５０９号、特開
平６−２６９０９１号公報）、この面でもｄ_h定数の見
掛けの増大に寄与するものと解される。

【００１１】

【発明の具体的説明】以下、図面を参照しつつ本発明の
受波型圧電素子の好ましい態様を説明する。図面中、異
なる態様の説明に用いた同一参照符号は類似部分を示
す。

【００１２】図１は、本発明の受波型圧電素子（以下、
単に「圧電素子」と称す）の一実施例の厚さ方向断面図
である。図１を参照して、この圧電素子１０は、ある厚
さｔを挾む二表面１ａおよび１ｂとこれら二表面にほぼ
直交する側面１ｃを有するシート状の圧電体１（その表
面形状は矩形または円形等、任意である）を、圧電体１
よりも大面積の一対の剛性板材２および３で厚さｔ方向
に挾持し、さらに該剛性板材２、３をその側面２ｃ、３
ｃと対向する内面４ａを有する剛性のある枠体４内に収
容してなる。圧電体表面１ａ、１ｂにはそれぞれ電極５
ａ、５ｂが全面に形成されており、剛性板材２、３はそ
の押圧面２ｅ、３ｅにおいて電極５ａ、５ｂの表面にそ
れぞれ当接して、または場合によっては接着固定して設
けられる。剛性板材２、３は、圧電体表面１ａ、１ｂの
寸法よりも全方位で大きく、それぞれ側方突出部２ｂ、
３ｂを有するように形成されている。

【００１３】本実施例では、圧電体１の側面１ｃ、枠体
４の内面４ａおよび上記突出部２ｂ、３ｂの内面２ｄ、
３ｄとに囲まれて空気が封入された内部空間６が形成さ
れており、この内部空間６を気密に保つため、エラスト
マー樹脂からなる被覆材７が、剛性板材２、３と枠体４
との当接部位を覆って設けられている。

【００１４】なお、ポリマー系圧電体などの薄い圧電体
１が用いられる時には枠体４は設けられなくとも良い。
この場合には、被覆材７は、剛性板材２、３の側面２ｃ
と３ｃの間を覆って設けられ、それによって気密な内部
空間６が形成される。

【００１５】上述の構成によれば、音圧により変形しな
い程度の剛性を有する本発明の剛性部材たる剛性板材
２、３と枠体４とにより区画された内部空間６内の圧力
は一定に保たれ、剛性板材の突出部内表面２ｄ、３ｄへ
の音圧の作用は実質的に遮断される。さらに、剛性板材
２、３は、その側面２ｃ、３ｃが枠体４の内面４ａとの
間で摺動するため、圧電体を挾んでその厚さ方向へ移動
自在であり、圧電体１の厚さ方向への変形が妨げられる
ことはない。その結果、大面積の剛性板材の外表面２
ａ、３ａで受けた音圧を押圧面２ｅ、３ｅを介して小面
積の圧電体表面１ａ、１ｂに収束・集中することがで
き、圧電体に加わる変形荷重が増加する分高い感度が実
現される。

【００１６】図示の圧電素子１０は、圧電体１にポリマ
ー系圧電体またはセラミック系圧電体を用いて、ハイド
ロホンやマイクロホンとすることができる。例えば、両
表面に厚さ７０μｍの銅箔電極を接着した厚さ５００μ
ｍ、平面寸法３５ｍｍ□の弗化ビニリデン系樹脂のポリ
マー圧電体１と、それを厚さ方向に挾持する厚さ５ｍ
ｍ、平面寸法１００ｍｍ□のアクリル樹脂板である剛性
板材２、３とからなる図１のようなハイドロホンを例示
し得る。本発明の圧電体の分極方向は本実施例のように
厚さ方向でも、また面方向（この場合に電極は、一般に
圧電体の側面に対向して配置される）であっても良い
が、厚さ方向とすることにより、より大なるｄ_h定数が
得られる場合が多い。

【００１７】上述のように、大面積の外表面で受けた音
圧を相対的に小面積の圧電体表面に収束する機能を持つ
本発明の剛性部材を音圧増幅器として捉えることもでき
る。この場合、増幅率の一つの目安は、上記で定義した
剛性部材の有効作用面積と圧電体の表面積との比であ
る。勿論、この増幅率あるいは面積比は１を越える値で
あるが、その上限は圧電体に加わる応力（増幅された音
圧）が圧電体に塑性変形を引き起こす降伏点を考慮して
決定されるのが好ましい。増幅率あるいは面積比は、最
大応力がこの降伏点荷重を超えない範囲で選ばれるのが
よい。因みに、この降伏点は、弗化ビニリデン系樹脂の
ポリマー系圧電体にあっては７×１０⁷Ｐａ（パスカ
ル）を多少超えた値である。

【００１８】図１の実施例においては、前記押圧方向は
圧電体表面に垂直な方向であり、前記した密閉した内部
空間６の形成により、剛性板材の外表面２ａ、３ａに対
向する内表面は内部空間６を区画する２ｄおよび３ｄ部
分および圧電体１に対する押圧面２ｅおよび３ｅを含め
て全て音圧の直接的作用が実質的に遮断されている。従
って、剛性板材の外表面２ａおよび３ａの面積が前記投
影面積に等しく、その全てが有効作用面積として利用で
き、これと圧電体１の表面１ａおよび１ｂの面積との比
により増幅率が定まる。

【００１９】図２は、本発明の受波型圧電素子の他の実
施例の厚さ方向断面図である。この圧電素子２０では、
断面コの字状で周縁部に凸面１２ｆおよび１３ｆを形成
した剛性板材１２、１３が用いられている。図１の剛性
板材２、３に対応して、本発明の剛性部材たる剛性板材
１２、１３はそれぞれ外表面１２ａ、１３ａ、突出部１
２ｂ、１３ｂ、側面１２ｃ、１３ｃ、突出部内面１２
ｄ、１３ｄおよび押圧面１２ｅ、１３ｅをもって配置さ
れる。そして、剛性部材１２、１３のコの字状に突き出
た内面１２ｆと１３ｆとの間の空隙は、剛性板材１２、
１３が圧電体１の厚さ方向へは音圧により変位自在なよ
うに、エラストマー樹脂１１でシールされている。この
ようにして形成された内部空間６には、気体または発泡
樹脂などが充填されると共に、そこを真空とすることも
できる。なお、圧電体１の圧縮変形率よりも大きい変形
率を有する材料であれば、空隙をシールするエラストマ
ー樹脂１１あるいは内部空間６に充填される発泡樹脂の
代わりに用いることができる。

【００２０】図２の実施例においても、前記押圧方向は
圧電体表面に垂直な方向であり、板材１２、１３の外表
面１２ａ、１３ａと対向する内面の全領域に対する音圧
の遮断が達成されている。従って外表面１２ａおよび１
３ａの全体が音圧の有効作用面積として利用される。

【００２１】一対の剛性部材の端部でそれらを結合し、
かつその間をシールするためには、本実施例のようにエ
ラストマー樹脂１１を充填する以外にジャバラ、板バネ
等の剛性と弾力性を併せ持つ部材を用いることでもよ
い。

【００２２】図３は本発明の受波型圧電素子の更に他の
実施例の厚さ方向断面図、図４（ａ）〜（ｃ）は図３の
圧電素子に組み込まれる圧電要素２１（電極形成がなさ
れている圧電体）の各種態様の平面図、図４（ｄ）は該
圧電要素の共通の側面図である。

【００２３】この圧電素子３０では、圧電要素２１は円
形の水平断面形状を持つボウル状（碗状）の一対の剛性
板材２２、２３で挾持されている。図１の剛性板材２、
３に対応して、本発明の剛性部材たる剛性板材２２、２
３はそれぞれ曲面状の外表面２２ａ、２３ａ、突出部２
２ｂ、２３ｂおよび突出部内面２２ｄ、２３ｄをもって
配置される。剛性板材２２、２３は、平らな圧電要素２
１の表面に均一に当接するように、その押圧面（底面）
２２ｅ、２３ｅが平坦に加工されている。そして、圧電
要素２１を挾持した一対の剛性板材２２、２３は剛性の
ある円筒２４中に収容され、その側面２２ｃ、２３ｃと
円筒２４の内面２４ａとの間の空隙はエラストマー樹脂
２５でシールされている。エラストマー樹脂２５は、気
密な内部空間６が形成され、剛性板材２２、２３が圧電
体１の厚さ方向へは音圧により変位自在なように、該空
隙に充填される。

【００２４】本実施例においても前記押圧方向は圧電体
表面に垂直な方向である。しかし、この場合の音圧の有
効作用面積は、剛性板材２２および２３の曲面をなす外
表面２２ａおよび２３ａの面積そのままではなく、外表
面２２ａおよび２３ａの圧電体表面に平行な平面（図３
で紙面に垂直な方向）への垂直投影面積となる。

【００２５】図４（ａ）〜（ｃ）は、図３の圧電素子３
０に組み込まれる圧電要素２１の代表的な平面形状の例
である。図４（ａ）はリング状電極２６ａ、２７ａを有
する圧電要素２１ａ（部分１９は電極ならびに圧電体の
欠損部）、図４（ｂ）は円形電極２６ｂ、２７ｂを有す
る圧電要素２１ｂ、図４（ｃ）は四角形電極２６ｃ、２
７ｃを有する圧電要素２１ｃをそれぞれ示す。なお、各
電極からは、リード電極２８または２９が延長して、形
成されている。また、図４（ｄ）は、上記圧電要素２１
ａ〜２１ｃの共通の側面図である。

【００２６】図５は本発明の受波型圧電素子の別の実施
例の厚さ方向断面図である。この圧電素子５０には、断
面が円弧状で円弧断面と直交する方向（本図の紙面に垂
直な方向）に延長するある長さを有する部分円筒あるい
は蒲鉾状の圧電要素４１が装着されている。一方、剛性
板材４２には凹部が、剛性板材４３には凸部が形成され
ており、該凹部または凸部の表面としての押圧面４２
ｅ、４３ｅは、圧電要素４１の表面４１ａ、４１ｂに適
合した（同じ曲率）形状である。そして、圧電要素４１
はこれらの押圧面４２ｅ、４３ｅの間にサンドイッチさ
れる形で一対の剛性板材４２、４３で挾持されている。
図１の剛性板材２、３に対応して、本発明の剛性部材た
る剛性板材４２、４３はそれぞれ、突出部４２ｂ、４３
ｂおよび突出部内面４２ｄ、４３ｄをもって配置され
る。

【００２７】剛性板材４２、４３の突出部内面４２ｄ、
４３ｄ間の空隙は、全周にわたってエラストマー樹脂４
４でシールされ、それによって、気密な内部空間６の形
成と音圧による剛性板材４２、４３の押圧方向への自由
な変位とが確保される。しかし、この場合の押圧方向
は、剛性板材４２、４３の間隔が狭まる方向、すなわち
図５において上下方向であり、圧電体のすべての表面部
位においてそれに垂直な方向となるわけではない。そこ
で、剛性板材の押圧面４２ｅ、４３ｅと圧電要素表面４
１ａ、４１ｂとの間のそれぞれの空隙にエラストマー樹
脂等を充填することにより応力分散層４５、４６を形成
して、剛性板材の外表面４２ａ、４３ａで受けた音圧が
圧電要素表面４１ａ、４１ｂに均一かつ垂直に作用する
ようになっている。なお、応力分散層を形成する代わり
に、前記凸部および凹部の曲率中心を中心として、剛性
板材４２、４３をそれぞれ放射状に小分割して再び組み
合わせた構造（分割部品相互の空隙にはエラストマー樹
脂を充填する）の剛性板材を用いて、上述の均一かつ垂
直な押圧を実現しても良い。

【００２８】本実施例における音圧の有効作用面は、剛
性板材４２の上面４２ａおよび剛性板材４３の下面４３
ａであり、該面４２ａおよび４３ａの面積が音圧の有効
作用面積となり、これら面に作用する音圧が曲面の圧電
要素表面４１ａ、４１ｂに分散されて作用する。

【００２９】以上、本発明の受波型圧電素子を実施例に
基づき説明した。しかしながら、本発明は上記実施例に
のみ限定されるものではない。以下、本発明の受波型圧
電素子のより一般的な態様について、若干、補足説明す
る。

【００３０】本発明の圧電体としては、ポリマー系圧電
体の他に例えばＰＺＴ等のセラミック系圧電体が好適に
用いられる。特に、ポリマー系圧電体は、圧電体と音波
伝播媒体との固有音響インピーダンスの関係で音波の反
射が少ない（音響透過性が良い）ことから、ハイドロホ
ンにより適性がある。しかし、音波の反射により多少音
圧が弱められても、本発明により受信感度が高められる
結果、ポリマー系圧電体を用いて高性能のマイクロホン
を構成し得る。

【００３１】ポリマー系圧電体としては、比較的高い耐
熱性を有するシアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体
が好適に用いられるほか、優れた圧電特性のフッ化ビニ
リデン系樹脂圧電体が好ましく、なかでも圧電性発現に
適したβ型結晶化のために一軸延伸の必要なフッ化ビニ
リデン（ＶＤＦ）単独重合体に比べて、通常の結晶条件
化でβ型結晶化の可能なＶＤＦ系共重合体（例えば優位
量のＶＤＦと劣位量のフッ化ビニル（ＶＦ）、トリフル
オロエチレン（ＴｒＦＥ）あるいはテトラフルオロエチ
レン（ＴＦＥ）との共重合体）が好ましく、更には優位
量（特に７０〜８０モル％）のＶＤＦと劣位量（特に３
０〜２０モル％）のＴｒＦＥとの共重合体がもっとも好
ましく用いられる。

【００３２】これらポリマー圧電材料は、溶融押出等に
より成膜後、必要に応じて一軸延伸あるいは軟化温度以
下での熱処理、軟化温度以下での電界印加により分極処
理に付されて、フィルムないしシートとして形成され
る。本発明に用いられるポリマー系圧電体は、その厚み
に特に制限はないが、一般に１〜２００μｍ（２ｍｍ）
程度で供給される。また、上述のフィルムまたはシート
を単層で用いることができるほか、分極方向を同一とし
て、あるいは中間電極層を介して逆方向に積層して、例
えば２〜２０層程度の積層体として用いられる。

【００３３】圧電体の形状は、上述の実施例で示したよ
うな平板状、あるいは曲板状に加えて、筒状、柱状ある
いはカップ状など、要するにある厚さを挾む二つの表面
とそれにほぼ直交する側面を有する形状であれば良い。
圧電体の分極方向は、表面にほぼ垂直な方向即ち厚さ方
向とされるのが好ましく、特にポリマー系圧電体は厚さ
方向を分極方向として用いられることが多いが、本発明
は、必ずしもそのような分極方向に限定されない。

【００３４】なお、圧電体から電気信号を取り出すため
の電極は、圧電体表面と側面のいずれに設けられても良
い。このような電極としては、公知の蒸着電極や接着剤
で貼付された箔電極の他、特願平３−３５６６６８号の
明細書に記載のような金属溶射電極や特願平４−１５８
８４４号の明細書に記載のような圧電体の表層に埋入さ
れた多孔シート状電極が好適に用いられる。また、本発
明のエラストマー樹脂を例示すれば、シリコーンゴム、
ウレタンゴム、フロロプレンゴム、ブチルゴム、などの
エラストマー樹脂またはその接着剤である。

【００３５】本実施例の剛性板材（２、３、１２、１
３、２２、２３、４２、４３等）は、圧電体（１、２
１、４１等）の二表面に対向して圧電体をその厚さ方向
に挾持するように配置される。しかし、剛性部材の形状
は、ほぼ平行な二つの表面を有すると認識されるような
板状である必要はなく、例えば図５の形状あるいは凹凸
や不定形を含む任意の形状を採用することでもよい。剛
性部材は、圧電体表面にあるいはそこに電極が形成され
ている場合には、図１〜図３に示すようにこの電極表面
に当接して設けられるため、その押圧面は一般に圧電体
の表面形状に対応した形状をもって形成されるが、剛性
部材の外表面で受けた音圧が押圧面を介して圧電体表面
に均一に作用するように、剛性部材と圧電体表面または
電極表面との間には、エラストマー樹脂などの応力分散
層が形成される構成（例えば図５）であってもよい。

【００３６】また、本発明における剛性部材は、有効作
用面積の増大を図るべく、圧電体の表面積よりも大なる
前記外表面積を有するように形成され、従って、圧電体
側面から突出した部分を持って配置される。そして、本
発明では、剛性部材の該突出部分の内表面への音圧の作
用は実質的に遮断されるように構成される。本発明の好
ましい実施態様（図１〜図５）によれば、このような突
出部分内表面への音圧の遮断は、圧電体側面のさらに側
方に、上記突出部分内表面により、好ましくは圧電体側
面と協働して、区画された機密な内部空間を形成し、該
内部空間内を真空とするか、気体、エラストマー樹脂ま
たは発泡樹脂のいずれかを充填することによって達成さ
れる。なお、圧電体側面からの突出の方向は、圧電体表
面上の全方向である必要はなく、部分的であっても良
い。

【００３７】受信する音波の圧力の大きさにもよるが、
剛性部材は、一般的に硬質の樹脂材料、金属材料または
磁器材料などで形成される。剛性部材の剛性の程度は、
それが音圧により変形して受圧面積が実質的に減少した
り、前記突出部内表面の圧力が音圧に追従したりするこ
とのない剛性の範囲とされるのがよい。また、剛性部材
の材質や剛性の程度の決定には、音波伝播媒体との固有
音響インピーダンスの違いや、剛性部材を含めた圧電素
子の固有振動数と音波の振動数との関係なども考慮され
る場合がある。

【００３８】前記図１〜図５の実施例は、いずれも音圧
の作用する剛性部材の外表面と対向する面（内表面）へ
の音圧の作用が完全に遮断されており、外表面（の圧電
体表面と平行な表面への投影面積）がほぼ音圧の有効作
用面積として利用し得る例であり、これらは本発明にと
って好ましい態様であるが、外表面との対向面の一部に
若干音圧が作用し、その分だけ音圧の有効作用面積が減
殺されたとしても、有効作用面積／圧電体表面積で定ま
る音圧増幅率が、本質的に１より大なる値、好ましくは
２以上、より好ましくは１０以上、となる範囲で本発明
の効果は充分享受し得る。

【００３９】

【製造例】以下、本発明の受波型圧電素子の具体例とし
てのハイドロホンの製造例および比較製造例を説明す
る。

【００４０】製造したハイドロホンについては、以下の
方法で静水圧圧電ひずみ定数（ｄ_h定数）を測定して求
めた。耐圧容器に入れたシリコン油等の絶縁性液体中に
試料を浸漬し、容器に窒素ガス源から圧力Ｐ（ニュート
ン（Ｎ）／ｍ²）を加えながら試料の電荷量Ｑ（クーロ
ン（Ｃ））を測定する。そして、ゲージ圧２ｋｇ／ｃｍ
²近辺での圧力上昇ｄＰに対する電荷の増加量ｄＱを
得、下式で計算した：ｄ_h＝（ｄＱ／ｄＰ）／Ａ単位は、Ｃ／Ｎである。ここで、Ａは電極面積（ｍ² ）
である。

【００４１】比較例１以下のようにして平面形状を概ね図４（ｃ）に、側面形
状を図４（ｄ）に示す電極面積４ｍｍ²の圧電要素２１
ｃを製造した。

【００４２】まず、ＶＤＦ／ＴｒＦＥ（７５／２５モル
比）共重合体（呉羽化学工業製）をダイス温度２６５℃
でシート押出しし、１２５℃で１３時間の熱処理後、シ
ート厚さ方向に７５ＭＶ／ｍの電界下、１２３℃での保
持時間５分、昇降時間を含めて全１時間の分極処理を行
ない、厚さ５００μｍのポリマー圧電体シートを得た。

【００４３】次いで、該シートから２ｍｍ角の正方形の
圧電体１を切り出し、その両面に幅２ｍｍで厚さ７０μ
ｍの銅箔をポリエステル系接着剤で図４（ｄ）の側面形
状となるように貼付して電極２６ｃ、２７ｃおよびリー
ド電極２８、２９（長さ５ｍｍ）を形成した。そして、
リード電極にそれぞれリード線を接続して、圧電素子３
０とする前の圧電要素２１ｃを得た。

【００４４】この圧電要素のｄ_h定数は、−１１．２ｐ
Ｃ／Ｎであった。

【００４５】比較例２以下のようにして平面形状を図４（ａ）に、側面形状を
図４（ｄ）に示す電極面積５９ｍｍ²の圧電要素２１ａ
を製造した。

【００４６】比較例１で得られたポリマー圧電体シート
から１０ｍｍφの円形の圧電体１を切り出し、その両面
に厚さ７０μｍの銅箔をポリエステル系接着剤で図４
（ｄ）の側面形状となるように貼付して１０ｍｍφの電
極面およびリード電極２８、２９（長さ５ｍｍ）を形成
した。続いて、該電極面の中心に５ｍｍφの孔を開け、
その後リード電極にそれぞれリード線を接続して、圧電
素子３０とする前のリング状の電極２６ａ、２７ａを有
する圧電要素２１ａを得た。

【００４７】この圧電要素のｄ_h定数は−１１．５ｐＣ
／Ｎであった。

【００４８】実施例１以下のようにして実質的に図３に示すようなハイドロホ
ンを得た。この圧電素子３０の平面形状はほぼ円形であ
る。

【００４９】まず、比較例１で得られたのと同様な正方
形の圧電要素２１ｃの表面に接着剤を塗布した。そし
て、接着剤が塗布された圧電要素を水平断面形状が円形
でボウル状（碗状）の一対の剛性板材２２、２３で挾持
して互いに接着固定し、続いて剛性板材２２、２３を長
さ３８ｍｍ、内径８０ｍｍφ、厚み５ｍｍの塩化ビニー
ル樹脂製の円筒２４中に収容した。さらに、図３に示す
ように剛性板材２２、２３と円筒２４の隙間にウレタン
ゴム接着剤２５を充填して両者を固定すると共に、内部
空間６を密封して圧電素子３０を得た。実際には、ボウ
ル状の剛性板材２２、２３としては、押圧面２２ｅ、２
３ｅを平らに加工したアクリル樹脂製のプラスチックレ
ンズ成形品が用いられ、その厚みは５ｍｍ、その外表面
２２ａ、２３ａの水平面への透影による円形の直径は７
５ｍｍφ（有効受圧面積として各４４２０ｍｍ²）であ
った。圧電要素２１に接続されたリード線は、剛性板材
２２、２３をそれぞれ貫通して設けられた孔を通して別
々に外部に引き出され、孔はその後シールされた。

【００５０】この圧電素子（ハイドロホン）のｄ_h定数
は、−１０，９００ｐＣ／Ｎであった。

【００５１】実施例２比較例２で得られたのと同様な圧電要素２１ａを用いた
こと、円筒２４の内径が１３０ｍｍφ、剛性板材２２、
２３の側面２２ｃ、２３ｃの水平断面の直径が１２５ｍ
ｍφ（有効受圧面積として各１２３００ｍｍ²）である
ことを除いて実施例１と同様にして圧電素子３０を得
た。

【００５２】この圧電素子のｄ_h定数は、−１，９３０
ｐＣ／Ｎであった。

【００５３】上述の測定結果は、本発明の受波型圧電素
子の圧電定数がブランク（比較例１および２による剛性
板材を配置しない状態の圧電素子）に比べて、実に千倍
近い値にまで増加することを示している。さらに、この
圧電定数の増加率が所謂面積比と強い相関があることか
ら、面積比を更に増やせば、より大きな増加率が得られ
ることを示唆している。

【００５４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、一定
の表面積とｄ_h定数を有する圧電体をより大面積の一対
の剛性部材で挾持させて、圧電体の厚さ方向変形に寄与
する音圧の有効作用面積を増大させることによりｄ_h定
数の見掛け上の著しい増大を図り、これにより、音波の
受信感度を著しく向上したマイクロホン、ハイドロホン
等に有効な受波型圧電素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の受波型圧電素子の一実施例の厚さ方向
断面図。

【図２】本発明の受波型圧電素子の他の実施例の厚さ方
向断面図。

【図３】本発明の受波型圧電素子の他の実施例の厚さ方
向断面図。

【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３の実施例に用い
られる圧電要素の平面図、（ｄ）はこれら圧電要素の共
通の側面図。

【図５】本発明の受波型圧電素子の他の実施例の厚さ方
向断面図。

【符号の説明】

１：圧電体２、３、１２、１３、２２、２３、４２、４３：剛性板
材４、２４：剛性枠体５ａ、５ｂ、２６ａ〜２６ｃ、２７ａ〜２７ｃ：電極６：密閉空間７：被覆材１０、２０、３０、４０、５０：受波型圧電素子２１（２１ａ〜２１ｃ）、４１：圧電要素２８、２９：電極リード部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−261984（ＪＰ，Ａ) 特公昭55−47501（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 17/00 330 H04R 1/44 320 H04R 1/44 330 H04R 17/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ある厚さを挾む二つの表面と該二表面に
ほぼ直交する外周側面を有する圧電体と、前記圧電体表
面よりも大面積であり、かつ圧電体をその厚さ方向に挾
持する一対の剛性部材とを含み、該一対の剛性部材の外
表面に作用する音圧をより小面積の圧電体の厚さ方向変
形応力として収束させ、且つ前記一対の剛性部材の圧電
体挾持に用いられない側方突出部と、その屈曲延長部又
は追加の剛体枠の内表面を含む剛体表面により包囲され
た気密な内部空間を区画・形成させ、該内部空間を真空
とするか、気体または発泡樹脂のいずれかを充填するこ
とにより、前記剛性部材の側方突出部内表面および圧電
体の外周側面への音圧を遮断するように構成したことを
特徴とする受波型圧電素子。
【請求項２】前記圧電体が、セラミックス系圧電体あ
るいはポリマー系圧電体のいずれかである請求項１に記
載の受波型圧電素子。
【請求項３】前記圧電体の分極方向が厚さ方向であ
り、前記二表面上に電極がそれぞれ設けられている請求
項１または２に記載の受波型圧電素子。
【請求項４】液体中を伝播する音波を受信するハイド
ロホンとして機能する請求項１乃至３のいずれかに記載
の受波型圧電素子。