JPH01245798A - Piezoelectric vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野１
本発明は、圧電振動子に関するものてあり、例えば空中
超音波センサーの振動子として利用されるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field 1] The present invention relates to a piezoelectric vibrator, which is used, for example, as a vibrator in an airborne ultrasonic sensor.
［従来の技術］
従来、圧電セラミックスを利用した超音波センサーが広
く利用されている。超音波センサーは、圧電セラミック
スにより振動板を振動させて超音波を発信し、その反射
波を受信して物体の存在を検知したり、或いは、反射波
が受信されるまでの時間を測定して、物体まての距離を
測定するものである。このようなセンサーは、小形で且
つ非接触で動作するので、自動ドアや玄関ヂャイムなど
を作動させるための人体検知センサーや、駐車場におい
て車の有無を確認したり、ロボットの目として障害物を
検出するためのセンサーなと、１周広い応用かある。ま
た、近年、特に自動車関係への応用のニーズが高まって
きており、その−っが車周辺の障害物を検知するセンサ
ーである。また、路面の凹凸を超音波センサーで検知し
、車輪のサスペンションを調整して乗り心地を良くする
といっな応用例も提案されている。このような用途に用
いられる超音波センサーに要求される性能のうち、最も
重要度の高いものはＳ／Ｎ比が良好なことである。つま
り、強い超音波を空中に発信し、対象物に当なって反射
して帰ってきた超音波を高感度に受信できることか要求
される。[Prior Art] Conventionally, ultrasonic sensors using piezoelectric ceramics have been widely used. Ultrasonic sensors emit ultrasonic waves by vibrating a diaphragm using piezoelectric ceramics, and detect the presence of an object by receiving the reflected waves, or measure the time it takes for the reflected waves to be received. , which measures the distance to an object. These sensors are small and operate without contact, so they can be used as human body detection sensors to operate automatic doors and entrance chimes, to check for cars in parking lots, and to use as the eyes of robots to spot obstacles. Sensors for detection have a wide range of applications. In addition, in recent years, there has been a growing need for applications particularly in automobiles, one of which is sensors that detect obstacles around cars. Application examples have also been proposed, such as detecting unevenness on the road surface using ultrasonic sensors and adjusting the wheel suspension to improve ride comfort. Among the performances required of an ultrasonic sensor used in such applications, the most important one is a good S/N ratio. In other words, it is required to be able to transmit strong ultrasonic waves into the air and receive the ultrasonic waves that hit an object and reflect back with high sensitivity.
第７図は従来の圧電振動子の断面構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional piezoelectric vibrator.
保護ケースを兼ねる振動板２は、一端が開放された円錐
台形状となっており、その内底面には、ＰＺＴ系の圧電
セラ、ミックス１が、例えはエポキシ系の接着剤を用い
て貼り付けられてい７）。The diaphragm 2, which also serves as a protective case, has a truncated cone shape with one end open, and a PZT-based piezoelectric ceramic, mix 1, is pasted on the inner bottom using, for example, an epoxy adhesive. 7).
圧電セラミックス１は円盤状の形状を有しており、上下
両面に電極３，４か（ｑ加されている。また、自発分極
の方向は厚み方向である。振動板２はアルミニウム製で
あり、圧電セラミックス１の一方の電′４？ｉ！３は、
この振動板２とリード線５を介して送受波回路７に接続
されている。圧電セラミックス１の他方の電極４は、リ
−１・線６を介して送受波回路７に直接接続されている
。この圧電セラミックス１に給電されると、圧電セラミ
ックス１は拡がり振動モートで振動し、振動板２を叩く
ので、振動板２の表面から超音波か発生ずる。一方、発
生した超音波か対象物に当たり、反射して帰って来て、
振動板２に当たると、その振動の強さに応じ人工起電力
か圧電セラミックス］から発生ずる。The piezoelectric ceramic 1 has a disk-like shape, and electrodes 3 and 4 (q) are applied to both the upper and lower surfaces.The direction of spontaneous polarization is the thickness direction.The diaphragm 2 is made of aluminum, One electric current '4?i!3 of the piezoelectric ceramic 1 is
The diaphragm 2 is connected to a wave transmitting/receiving circuit 7 via a lead wire 5. The other electrode 4 of the piezoelectric ceramic 1 is directly connected to a wave transmitting/receiving circuit 7 via a wire 6 . When power is supplied to the piezoelectric ceramic 1, the piezoelectric ceramic 1 vibrates in a spreading vibration mode and hits the diaphragm 2, so that ultrasonic waves are generated from the surface of the diaphragm 2. On the other hand, the generated ultrasonic waves hit the object and are reflected back,
When it hits the diaphragm 2, an artificial electromotive force or a piezoelectric ceramic is generated depending on the strength of the vibration.
［発明か解決しようとする課題］
上述の従来例においては、圧電セラミックス１か］枚た
けであるので、送受波回路７がらの出力電圧を充分に高
くしないと、必要な出力音圧か得られないという問題が
あった。また、圧電セラミックス１か１枚なｉｆである
のて、受波によって生しる起電力も小さく、送受波回路
７て充分に増幅しないと、反射波を検出てきないという
問題があり、このときノイスも同時に増幅してしまうの
て、超音波の反射波とノイスとを確実に識別すること（
Ｘｌ困難であった。[Problem to be solved by the invention] In the above-mentioned conventional example, since there is only one piezoelectric ceramic sheet, the required output sound pressure cannot be obtained unless the output voltage of the wave transmitting/receiving circuit 7 is made sufficiently high. The problem was that there was no. In addition, since the piezoelectric ceramic is made of one piece of piezoelectric ceramic, the electromotive force generated by receiving the wave is small, and there is a problem that the reflected wave cannot be detected unless it is sufficiently amplified by the wave transmitting/receiving circuit 7. Since noise is also amplified at the same time, it is important to reliably distinguish between reflected ultrasound waves and noise (
It was difficult.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところに、高い送波力を持ち、且つ、反射
波に対しても高い受渡感度を得ることかてきる圧電振動
子を提供することにある。The present invention has been made in view of these points, and its purpose is to provide a piezoelectric vibrator that has high wave transmission power and can also obtain high transmission sensitivity for reflected waves. Our goal is to provide the following.
［課題を解決するための手段］
本発明にあっては、」１記の課題を解決するために、第
１図（ａ）、（ｂ）に示すように、複数枚の圧電セラミ
ックス１］、、１２を多層化して振動板２に接合し、各
圧電セラミックス１１．’１．２に同一位相の振動が生
じるように各圧電セラミックス１］。[Means for Solving the Problem] In the present invention, in order to solve the problem described in item 1, as shown in FIGS. 1(a) and (b), a plurality of piezoelectric ceramics 1], , 12 are multilayered and bonded to the diaphragm 2, and each piezoelectric ceramic 11. '1.2 each piezoelectric ceramic 1] so that vibrations of the same phase occur.
］２を送波回路７１に並列的に接続した第１の配線状態
と、各圧電セラミックス１．１．，１’２が振動して生
しる起電力が同一位相で合成されるように各圧電セラミ
ックス１１．１２を受渡回路７０に直列的に接続した第
２の配線状態とを切り換える切換回路を設番゛フたこと
を特徴とするものである。] 2 connected in parallel to the wave transmitting circuit 71, and each piezoelectric ceramic 1.1. , 1'2 are vibrated and the electromotive force generated is synthesized in the same phase. It is characterized by the fact that it is functional.
［作用］
本発明にあっては、このように、多層化された複数枚の
圧電セラミックス１．１．１２に同一位相の振動が生じ
るように各圧電セラミックス１１゜１２を送波回路７１
に並列的に接続できるようにしたのて、各圧電セラミッ
クス１］、、１２に生じる振動力か小さくても、これら
の振動力が合成されることにより、大きな送波出力が得
られるものである。また、各圧電セラミックス１−１
、１．２が振動して生しる起電力が同一位相で合成され
るように各圧電セラミックス１１．］、２を受波回路７
０に直列的に接続てきるようにしたのて、各圧電セラミ
ックス１１，１．２に生しる起電力が小さくても、これ
らの起電力が合成されることにより、大きな受渡感度が
得られるものである。[Function] In this way, in the present invention, each piezoelectric ceramic 11° 12 is connected to the wave transmitting circuit 71 so that vibrations of the same phase occur in a plurality of multilayered piezoelectric ceramics 1.1.12.
Even if the vibration force generated in each piezoelectric ceramic 1], , 12 is small, by combining these vibration forces, a large transmitting output can be obtained. . In addition, each piezoelectric ceramic 1-1
, 1.2 are vibrated so that the electromotive force generated by each piezoelectric ceramic 11.2 is synthesized in the same phase. ], 2 to the receiving circuit 7
Even if the electromotive force generated in each piezoelectric ceramic 11, 1.2 is small, by combining these electromotive forces, a large transfer sensitivity can be obtained. It is something.
［実施例１］
第１図（ａ）は本発明の一実施例としての圧電振動子の
概略構成図である。保護ケースを兼ねる振動板２は、一
端が開放された円錐台形状となっており、アルミニウム
製又はステンレス製である。[Example 1] FIG. 1(a) is a schematic configuration diagram of a piezoelectric vibrator as an example of the present invention. The diaphragm 2, which also serves as a protective case, has a truncated cone shape with one end open, and is made of aluminum or stainless steel.
振動板２は圧電セラミックス１１．１２の振動を受（す
て共振し、超音波を表面より発する。したかって、その
材質及び形状＜Ｊｇみを含む）は発信及び受信の周波数
を決める大きな要因となる。この振動板２の内底面には
、例えば、ＰＺＴ系の圧電セラミックス］−１，、１２
が、接着剤を用いて貼りイ・］けられている、圧電セラ
ミックス］、 ］、 、 １２は円盤状の形状を有して
おり、厚み方向に分極処理されている。隣接する圧電セ
ラミックス］、１．１２の自発分極の方向は、図中、矢
印て示ずように逆方向となっている。The diaphragm 2 receives the vibrations of the piezoelectric ceramics 11 and 12 (resonates through it, and emits ultrasonic waves from the surface. Therefore, its material and shape (including Jg) are major factors that determine the frequencies of transmission and reception. Become. The inner bottom surface of the diaphragm 2 is made of, for example, PZT-based piezoelectric ceramics ]-1, 12
The piezoelectric ceramic 12, which is pasted using an adhesive, has a disk-like shape and is polarized in the thickness direction. The directions of spontaneous polarization of adjacent piezoelectric ceramics], 1.12 are in opposite directions as indicated by arrows in the figure.
圧電セラミックス１１の上面の電極３１は、振動板２に
接合されている。圧電セラミックス１１の下面の電極４
１と、圧電セラミックス１２の上面の電極３２の間には
絶縁層として分極されないセラミック層が設りられてい
る。上記各電極３１゜３２．４１，４．２は、銀電極の
他、ニッケルあるいは金電極であっても良い。The electrode 31 on the top surface of the piezoelectric ceramic 11 is joined to the diaphragm 2. Electrode 4 on the bottom surface of piezoelectric ceramic 11
1 and the electrode 32 on the top surface of the piezoelectric ceramic 12, a non-polarized ceramic layer is provided as an insulating layer. Each of the electrodes 31.degree. 32.41, 4.2 may be a nickel or gold electrode in addition to a silver electrode.
第１図（ｂ）は本実施例に用いる切換回路の回路図であ
る。圧電セラミックス１１の電極３１は、振動板２に接
続されている。圧電セラミックス１２の電極４２は、ス
イッチＳ１の接点Ｔ１を介して振動板２に接続されてい
る。圧電セラミックス１２の電極３２はスイッチＳ２の
接点Ｔ２を介して送波回路７］に接続されると共に、ス
イッチＳ２の接点Ｒ２を介して受波回路７０に接続され
ている。圧電セラミックス１１の電極４１は、スイッチ
Ｓ３の接点Ｔ３を介して、圧電セラミックス１２の電極
３２に接続されると共に、スイッチＳ３の接点Ｒ３を介
して、圧電セラミックス１２の電極／１．２に接続され
ている。これらのスイッチ８１〜Ｓ３としては、リード
リレーや半導体リレーのように小形で高速動作か可能な
リレーの接点を用いて簡単に構成てきる。FIG. 1(b) is a circuit diagram of a switching circuit used in this embodiment. Electrode 31 of piezoelectric ceramic 11 is connected to diaphragm 2 . The electrode 42 of the piezoelectric ceramic 12 is connected to the diaphragm 2 via the contact T1 of the switch S1. The electrode 32 of the piezoelectric ceramic 12 is connected to the wave transmitting circuit 7 through the contact T2 of the switch S2, and is also connected to the wave receiving circuit 70 through the contact R2 of the switch S2. The electrode 41 of the piezoelectric ceramic 11 is connected to the electrode 32 of the piezoelectric ceramic 12 via the contact T3 of the switch S3, and to the electrode /1.2 of the piezoelectric ceramic 12 via the contact R3 of the switch S3. ing. These switches 81 to S3 can be easily constructed using the contacts of a compact relay capable of high-speed operation, such as a reed relay or a semiconductor relay.
第８図はスイッチ８１〜Ｓ３の動作タイミンクを示す図
である。同図（ａ）は送波回路７１の送信ケ−１・信号
てあり、この信号が°’Ｈｉｇｈ″”レベルであるとき
には、スイッチＳ１〜Ｓ３は接点１゛１〜Ｔ３の側に切
替わっている。同図（１，）は圧電振動子の発信時の振
動波形を示している。この発信時の振動波形は残響の影
響で、送信ゲート信号よりも少し長く続く。残響か消失
したタイミンクで、同図（ｃ）に示すように受信ケ−１
・信号が発生ずると、スイッチＳ１〜Ｓ３は接点Ｒ１〜
Ｒ３の側に切替わる。同国（ｄ）は超音波の反射波によ
る圧電振動子の振動波形である。FIG. 8 is a diagram showing the operation timing of the switches 81 to S3. Figure (a) shows the transmitting signal of the transmitting circuit 71, and when this signal is at a high level, the switches S1 to S3 are switched to the contacts 1'1 to T3. There is. Figure (1,) shows the vibration waveform of the piezoelectric vibrator at the time of transmission. This vibration waveform during transmission lasts a little longer than the transmission gate signal due to the influence of reverberation. At the timing when the reverberation disappears, the reception case 1 appears as shown in Figure (c).
・When a signal is generated, switches S1 to S3 close contacts R1 to
Switch to R3 side. (d) is the vibration waveform of the piezoelectric vibrator due to reflected waves of ultrasonic waves.
上述のように、送波時には、スイッチＳ１〜Ｓ３が接点
Ｔ１〜Ｔ３の側に切り換えられる。このとき、圧電セラ
ミックス１１の電４が４１は、スイッチＳ３の接点Ｔ３
と、スイッチＳ２の接点Ｔ２を介して、送波回路７１の
一端に接続され、圧電セラミックス１１の電極３１は振
動板２を介して送波口ｉ￥８７１の他端に接続される。As described above, during wave transmission, the switches S1 to S3 are switched to the contacts T1 to T3. At this time, the voltage 41 of the piezoelectric ceramic 11 is the contact T3 of the switch S3.
is connected to one end of the wave transmitting circuit 71 via the contact T2 of the switch S2, and the electrode 31 of the piezoelectric ceramic 11 is connected to the other end of the wave transmitting port i\871 via the diaphragm 2.
圧電セラミックス１２の電イか３２は、スイッチＳ２の
接点Ｔ２を介して、送波回路７１の一端に接続され、圧
電セラミックス１２の電極４２は、スイッチＳ１の接点
Ｔ１と、振動板２を介して送波回路７１の他端に接続さ
れる。したがって、圧電セラミックス１１．１２には送
波回路７１から並列的に給電され、圧電セラミックス１
１．１２には拡がり振動モードの振動が同一位相て生じ
るものであり、振動力が合成されて、振動板２を叩くの
で、振動板２の表面からは大きな超召波出力が発生ずる
。The electrode 32 of the piezoelectric ceramic 12 is connected to one end of the wave transmitting circuit 71 via the contact T2 of the switch S2, and the electrode 42 of the piezoelectric ceramic 12 is connected to the contact T1 of the switch S1 via the diaphragm 2. It is connected to the other end of the wave transmitting circuit 71. Therefore, the piezoelectric ceramics 11 and 12 are supplied with power in parallel from the wave transmitting circuit 71, and the piezoelectric ceramics 11 and 12 are
1.12, vibrations in the spread vibration mode occur in the same phase, and the vibration forces are combined and strike the diaphragm 2, so a large supersonant wave output is generated from the surface of the diaphragm 2.
一方、発生した超音波が対象物に当たり、反射して帰っ
て来て、振動板２に当たると、その振動の強さに応した
起電力が圧電セラミックス１１゜１２から発生ずる。こ
の反射波の受渡時には、スイッチＳ１〜Ｓ３か接点Ｒ１
〜Ｒ３の側に切り換えられる。このとき、受渡回路７０
の一端は、スイッチＳ２の接点Ｒ２、圧電セラミックス
１２の電極３２，４２、スイッチＳ３の接点Ｒ３、圧電
セラミックス１１の電＠４１．．３１ 、振動板２を介
して、受波回路７０の他端に接続される。各圧電セラミ
ックス１：１．，１２の起電力は同一位相で生じるので
、合成されて高い電圧となり、受波回路７０にて検出さ
れる。On the other hand, when the generated ultrasonic waves hit the object, are reflected and hit the diaphragm 2, an electromotive force corresponding to the strength of the vibration is generated from the piezoelectric ceramics 11 and 12. When passing this reflected wave, switches S1 to S3 or contact R1
- Switched to the R3 side. At this time, the delivery circuit 70
One end is the contact R2 of the switch S2, the electrodes 32 and 42 of the piezoelectric ceramic 12, the contact R3 of the switch S3, and the electrode @41 of the piezoelectric ceramic 11. ．． 31 is connected to the other end of the wave receiving circuit 70 via the diaphragm 2 . Each piezoelectric ceramic 1:1. , 12 are generated in the same phase, so they are combined into a high voltage, which is detected by the wave receiving circuit 70.
以下、この圧電振動子の製造方法について説明する。ま
す、富士セラミックス社製Ｃ−６材組成の圧電セラミッ
クスを、直径８ 、４． ｍｍ、厚み０．２ｍｍの円盤
状に成形した。この圧電セラミックスの厚み方向に直流
電界を加えて、厚み方向に自発分極を与えた。第２図は
、本実施例に用いたアルミニウノ＼製の振動板２の断面
形状を示している。この振動板２は、外径がφ、−１７
．５＋ｆｉＫｌ、内底面の径かφ２＝ １０．５ｍｍ、
板厚かＬ−ｏ、’７ｍｍ、高さがｂ＝５．０ｔｎｍ、側
面の傾斜角かθ−３４°てあった。The method for manufacturing this piezoelectric vibrator will be explained below. First, piezoelectric ceramics with C-6 material composition manufactured by Fuji Ceramics Co., Ltd. were used with diameters of 8 and 4. It was molded into a disk shape with a thickness of 0.2 mm. A direct current electric field was applied in the thickness direction of this piezoelectric ceramic to give it spontaneous polarization in the thickness direction. FIG. 2 shows the cross-sectional shape of the diaphragm 2 made of aluminum Uno used in this example. This diaphragm 2 has an outer diameter of φ, -17
．． 5+fiKl, inner bottom diameter φ2= 10.5mm,
The plate thickness was 7 mm, the height was 5.0 tnm, and the angle of inclination of the side surface was θ-34°.
この振動板２の内底面を脱脂洗浄し、銀含有の導電性エ
ポキシ樹脂を用いて、振動板２の内底面に前記圧電セラ
ミックス１１を接着した。この圧電セラミックス１１の
上に、直径８．４ｍｍ、厚み３０μＩｎの円盤状にスラ
イスした同しＣ−６材組成の圧電セラミックスを分極ぜ
ずに、エポキシ樹脂で接着して絶縁層とした。この絶縁
層の上に、圧電セラミックス１１と同しく厚み方向に分
極処理した圧電セラミックス１２を接着した。各圧電セ
ラミックス１１．１２の自発分極の向きは、第１図（ａ
）に示すように、逆方向に配向させた。最後に、電極３
１，３２．４１．４２と振動板２に、リード線を導電性
エポキシ樹脂を用いてボンディングし、切換回路を介し
て送波回路７１と受波回路７０に接続した。The inner bottom surface of this diaphragm 2 was degreased and cleaned, and the piezoelectric ceramic 11 was bonded to the inner bottom surface of the diaphragm 2 using a silver-containing conductive epoxy resin. On top of this piezoelectric ceramic 11, a piezoelectric ceramic of the same C-6 material composition sliced into a disk shape of 8.4 mm in diameter and 30 μIn in thickness was bonded with epoxy resin without polarization to form an insulating layer. On top of this insulating layer, a piezoelectric ceramic 12 that was polarized in the thickness direction in the same way as the piezoelectric ceramic 11 was bonded. The direction of spontaneous polarization of each piezoelectric ceramic 11.12 is shown in Figure 1 (a
), they were oriented in opposite directions. Finally, electrode 3
Lead wires were bonded to 1, 32, 41, 42 and the diaphragm 2 using conductive epoxy resin, and connected to the wave transmitting circuit 71 and the wave receiving circuit 70 via a switching circuit.
この圧電振動子について、第３図に示すように、振動板
２の開口部を硬質シリコンゴム成形体８で覆い、送波出
力と受渡感度を測定して性能評価を行った。その結果を
第１表に示ず。As shown in FIG. 3, the performance of this piezoelectric vibrator was evaluated by covering the opening of the diaphragm 2 with a hard silicone rubber molded body 8 and measuring the transmission output and the transmission sensitivity. The results are not shown in Table 1.
［実施例２］
第４図（ａ）に示すように、実施例１と同じ振動板２に
、実施例１と同じく厚み方向に分極処理された圧電セラ
ミックス］、１．１２．１３を、実施例１と同しく絶縁
層を介して接合し、３層Ｍ造とした。隣接する圧電セラ
ミックス１１と１２及び１２と１３の自発分極の方向は
、第４図（ａ）の矢印に示すように逆方向とした。[Example 2] As shown in FIG. 4(a), piezoelectric ceramics polarized in the thickness direction as in Example 1], 1.12.13 were carried out on the same diaphragm 2 as in Example 1. As in Example 1, they were joined via an insulating layer to form a three-layer M structure. The directions of spontaneous polarization of the adjacent piezoelectric ceramics 11 and 12 and 12 and 13 were set to be opposite directions as shown by the arrows in FIG. 4(a).
第４図（１〕）は本実施例に用いる切換回路の回路図で
ある。圧電セラミックス］１の電極３１は、振動板２に
接続されている。圧電セラミックス］３の電極３３は、
スイッチＳ１の接点Ｔ１を介して振動板２に接続されて
いる。圧電セラミックス１３の電極４３はスイッチＳ２
の接点Ｔ２を介して送波回路７１に接続されると共に、
スイッチＳ２の接点Ｒ２を介して受波回路７０に接続さ
れている。圧電セラミックス１１の電極４］は、スイッ
チＳ３の接点Ｔ３を介して、圧電セラミックス１２の電
極３２に接続されると共に、スイッチＳ３の接点Ｒ３を
介して、圧電セラミックス１２の電極４２に接続されて
いる。圧電セラミックス１３の電極３３は、スイッチＳ
４の接点Ｔ４を介して圧電セラミックス１２の電極４２
に接続されると共に、スイッチＳ４の接点Ｒ４を介して
圧電セラミックス１２の電極３２に接続されている。圧
電セラミックス１２の電極３２は、スイッチＳ５の接点
Ｔ５を介して、送波回路７１の一端に接続されている。FIG. 4 (1) is a circuit diagram of a switching circuit used in this embodiment. The electrode 31 of the piezoelectric ceramic] 1 is connected to the diaphragm 2. The electrode 33 of piezoelectric ceramic] 3 is
It is connected to the diaphragm 2 via the contact T1 of the switch S1. The electrode 43 of the piezoelectric ceramic 13 is the switch S2
is connected to the wave transmitting circuit 71 via the contact T2, and
It is connected to the wave receiving circuit 70 via the contact R2 of the switch S2. The electrode 4 of the piezoelectric ceramic 11 is connected to the electrode 32 of the piezoelectric ceramic 12 via the contact T3 of the switch S3, and is also connected to the electrode 42 of the piezoelectric ceramic 12 via the contact R3 of the switch S3. . The electrode 33 of the piezoelectric ceramic 13 is connected to the switch S
The electrode 42 of the piezoelectric ceramic 12 via the contact T4 of 4
It is also connected to the electrode 32 of the piezoelectric ceramic 12 via the contact R4 of the switch S4. The electrode 32 of the piezoelectric ceramic 12 is connected to one end of the wave transmitting circuit 71 via a contact T5 of a switch S5.
送波時には、スイッチＳ１〜Ｓ５が接点Ｔ１〜Ｔ５の側
に切り換えられる。このとき、圧電セラミックス１１の
電極４１は、スイッチＳ３の接点Ｔ３と、スイッチＳ５
の接点Ｔ５を介して、送波回路７１の一端に接続され、
圧電セラミックス１１の電極３１は振動板２を介して送
波回路７１の他端に接続される。圧電セラミックス１２
の電極３２は、スイッチＳ５の接点Ｔ５を介して、送波
回路７１の一端に接続され、圧電セラミックス１２の電
極４２は、スイッチＳ４の接点Ｔ４、スイッチＳ１の接
点Ｔ１と、振動板２を介して送波回路７１の他端に接続
される。圧電セラミックス］３の電極４３は、スイッチ
Ｓ２の接点Ｔ２を介して、送波回路７１の一端に接続さ
れ、圧電セラミックス１３の電極３３は、スイッチＳ１
の接点Ｔ１、振動板２を介して送波回路７１の他端に接
続される。したがって、圧電セラミックス１１．］、２
．１３には送波回路７１から並列的に給電され、圧電セ
ラミックス１１．］、２．１３には拡がり振動モートの
振動が同一位相て生じるものであり、振動力力３合成さ
れて、振動板２を叩くので、振動板２の表面からは大き
な超音波出力が発生ずる。During wave transmission, the switches S1 to S5 are switched to the contacts T1 to T5. At this time, the electrode 41 of the piezoelectric ceramic 11 is connected to the contact T3 of the switch S3 and the switch S5.
is connected to one end of the wave transmitting circuit 71 via a contact T5,
The electrode 31 of the piezoelectric ceramic 11 is connected to the other end of the wave transmitting circuit 71 via the diaphragm 2 . Piezoelectric ceramics 12
The electrode 32 of the piezoelectric ceramic 12 is connected to one end of the wave transmitting circuit 71 via the contact T5 of the switch S5, and the electrode 42 of the piezoelectric ceramic 12 is connected to the contact T4 of the switch S4, the contact T1 of the switch S1, and the vibration plate 2. and is connected to the other end of the wave transmitting circuit 71. The electrode 43 of the piezoelectric ceramic 13 is connected to one end of the wave transmitting circuit 71 via the contact T2 of the switch S2, and the electrode 33 of the piezoelectric ceramic 13 is connected to the contact T2 of the switch S2.
The contact T1 is connected to the other end of the wave transmitting circuit 71 via the diaphragm 2. Therefore, piezoelectric ceramics 11. ], 2
．． 13 is supplied with power in parallel from the wave transmitting circuit 71, and the piezoelectric ceramics 11. ], 2.13, the vibrations of the spreading vibration motes are generated in the same phase, and the vibration force 3 is combined and hits the diaphragm 2, so a large ultrasonic output is generated from the surface of the diaphragm 2. .
一方、発生した超音波が対象物に当たり、反射して帰っ
て来て、振動板２に当たると、その振動の強さに応じた
起電力が圧電セラミックス１１゜１２．１３から発生ず
る。この反射波の受渡時には、スイッチＳ１〜Ｓ５が接
点Ｒ１〜Ｒ５の側に切り換えられる。このとき、受渡回
路７ｏの一端は、スイッチＳ２の接点Ｒ２、圧電セラミ
ックス１３の電極４３．３３、スイッチＳ４の接点Ｒ４
、圧電セラミックス１２の電［３２，４２、スイッチＳ
３の接点Ｒ３、圧電セラミックス１１の電極４．１．３
１、振動板２を介して、受渡回路７０の他端に接続され
る。各圧電セラミックス１１，１２．１３の起電力は同
一位相で生しるので、合成されて高い電圧となり、受渡
回路７ｏにて検出される。On the other hand, when the generated ultrasonic waves hit the object, are reflected and hit the diaphragm 2, an electromotive force corresponding to the strength of the vibration is generated from the piezoelectric ceramics 11, 12, and 13. When receiving the reflected waves, the switches S1 to S5 are switched to the contacts R1 to R5. At this time, one end of the transfer circuit 7o is connected to the contact R2 of the switch S2, the electrode 43.33 of the piezoelectric ceramic 13, and the contact R4 of the switch S4.
, piezoelectric ceramic 12 electric [32, 42, switch S
Contact point R3 of 3, electrode 4.1.3 of piezoelectric ceramic 11
1. Connected to the other end of the delivery circuit 70 via the diaphragm 2. Since the electromotive forces of the piezoelectric ceramics 11, 12, and 13 are generated in the same phase, they are combined into a high voltage, which is detected by the transfer circuit 7o.
その他の条件については、実施例１と同様とし、実施例
１と同し条件て送波出力と受波感度を測定して性能評価
を行った。その結果を第１表に示す。Other conditions were the same as in Example 1, and performance was evaluated by measuring transmitting output and receiving sensitivity under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.
［比較例］コ
第５図に示すように、実施例１と同し振動板２に、実施
例１と同しく厚み方向に分極処理された圧電セラミック
ス１１を接合し、これをリード線５．６を介して、送受
波口ｉｉ’８７に接続した。実施例１と同じ条件て送波
出力と受波感度を測定して性能評価を行った。その結果
を第１表に示す。[Comparative Example] As shown in FIG. 5, a piezoelectric ceramic 11 polarized in the thickness direction as in Example 1 was bonded to the same diaphragm 2 as in Example 1, and this was connected to the lead wire 5. 6, it was connected to the wave transmitting/receiving port ii'87. Performance evaluation was performed by measuring transmitting output and receiving sensitivity under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.
し比較例２］
第６図に示すように、実施例１と同し振動板２に、実施
例］と同しく厚み方向に分極処理された圧電セラミック
ス１１．１２を接合し、２層構造としｌ：。隣接する圧
電セラミックス１］と１２の自発分極の方向は、第６図
の矢印に示すように逆方向とした。各圧電セラミックス
１１．１２に送受波回路７からり−Ｉ〜線５１．５２．
６１を介して並列的に給電したときに、拡がり振動モー
ドの振動が同一位相て発生ずるように配線した。また、
超音波の反射波を受波したときには、圧電セラミックス
１１．．１２に発生した起電力か、送受波回路７にて検
出されるようにした。実施例１と同し条件て送波出力と
受波感度を測定して性能評価を行った。その結果を第１
表に示す。Comparative Example 2] As shown in Fig. 6, piezoelectric ceramics 11 and 12, which were polarized in the thickness direction as in Example] were bonded to the same diaphragm 2 as in Example 1 to form a two-layer structure. l:. The directions of spontaneous polarization of the adjacent piezoelectric ceramics 1 and 12 were opposite to each other as shown by the arrows in FIG. The wave transmitting/receiving circuit 7 is connected to each piezoelectric ceramic 11.12 -I to wire 51.52.
The wiring was arranged so that when power was supplied in parallel through 61, vibrations in the spreading vibration mode were generated in the same phase. Also,
When receiving reflected ultrasonic waves, piezoelectric ceramics 11. ．． The electromotive force generated at 12 is detected by the wave transmitting/receiving circuit 7. The performance was evaluated by measuring the transmitting output and receiving sensitivity under the same conditions as in Example 1. The result is the first
Shown in the table.
第１表
第１表から明らかなように、実施例１．２においては、
比較例１，２に比べて、送波出力も受渡感度も大きくな
っている。As is clear from Table 1, in Example 1.2,
Compared to Comparative Examples 1 and 2, both the transmission output and the transmission sensitivity are larger.
［発明の効果］
本発明は上述のように、多層化された複数枚の圧電セラ
ミックスに同一位相の振動が生じるように各圧電セラミ
ックスを送波回路に並列的に接続できるようにしたのて
、各圧電セラミックスに生しる振動力か小さくても、こ
れらの振動力が合成されることにより、大きな送信出力
が得られるという効果かある。また、各圧電セラミック
スが振動して生じる起電力が同一位相で合成されるよう
に各圧電セラミックスを受渡回路に直列的に接続できる
ようにしたので、各圧電セラミックスに生じる起電力が
小さくても、これらの起電力が合成されることにより、
大きな受信感度が得られるという効果がある。[Effects of the Invention] As described above, the present invention enables each piezoelectric ceramic to be connected in parallel to a wave transmitting circuit so that vibrations of the same phase occur in a plurality of multi-layered piezoelectric ceramics. Even if the vibration force generated in each piezoelectric ceramic is small, the effect is that a large transmission output can be obtained by combining these vibration forces. In addition, each piezoelectric ceramic can be connected in series to the delivery circuit so that the electromotive force generated by each piezoelectric ceramic vibrates is combined in the same phase, so even if the electromotive force generated in each piezoelectric ceramic is small, By combining these electromotive forces,
This has the effect of providing high reception sensitivity.
また、送波時の配線状態の直後に受渡時の配線状態に切
り換わるように構成すれば、反射波検出型の超音波セン
サーとして使用でき、１つの圧電振動子で高い送波力を
持ち、反射波に対しても高い受渡感度を得ることができ
るという効果がある。In addition, if configured so that the wiring state changes immediately after the wiring state when transmitting waves, it can be used as a reflected wave detection type ultrasonic sensor, and a single piezoelectric vibrator has high transmitting power. This has the effect that high transmission sensitivity can be obtained even for reflected waves.
第１図（ａ）は本発明の一実施例に係る圧電振動子の概
略構成図、第１図（１））は同上に用いる切換回路の回
路図、第２図は同上に用いる振動板の断面図、第３図は
同上の性能試験に用いた構造を示ず説明図、第４図（ａ
）は本発明の他の実施例に係る圧電振動子の概略構成図
、第４図（１））は同」二に用いる切換回路の回路図、
第５図は本発明に対する第１の比較例の概略構成図、第
６図は本発明に対する第２の比較例の概略構成図、第７
図は従来例の概略構成図、第８図は本発明の動作波形図
である。
２は振動板、１１，１２．１３は圧電セラミックス、７
０は受波回路、７１は送波回路、８１〜Ｓ５はスイッチ
である。FIG. 1(a) is a schematic configuration diagram of a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(1)) is a circuit diagram of a switching circuit used in the same, and FIG. 2 is a diagram of a diaphragm used in the same. The cross-sectional view, Figure 3, does not show the structure used in the above performance test; the explanatory view, Figure 4 (a
) is a schematic configuration diagram of a piezoelectric vibrator according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4(1)) is a circuit diagram of a switching circuit used in the same.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a first comparative example with respect to the present invention, FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a second comparative example with respect to the present invention, and FIG.
The figure is a schematic configuration diagram of a conventional example, and FIG. 8 is an operation waveform diagram of the present invention. 2 is a diaphragm, 11, 12, 13 are piezoelectric ceramics, 7
0 is a wave receiving circuit, 71 is a wave transmitting circuit, and 81 to S5 are switches.
Claims (2)
接合し、各圧電セラミックスに同一位相の振動が生じる
ように各圧電セラミックスを送波回路に並列的に接続し
た第１の配線状態と、各圧電セラミックスが振動して生
じる起電力が同一位相で合成されるように各圧電セラミ
ックスを受波回路に直列的に接続した第２の配線状態と
を切り換える切換回路を設けたことを特徴とする圧電振
動子。(1) A first wiring state in which a plurality of piezoelectric ceramics are multilayered and bonded to a diaphragm, and each piezoelectric ceramic is connected in parallel to a wave transmitting circuit so that vibrations of the same phase occur in each piezoelectric ceramic; A switching circuit is provided for switching between a second wiring state in which each piezoelectric ceramic is connected in series to a wave receiving circuit so that the electromotive force generated by each piezoelectric ceramic vibrates is synthesized in the same phase. Piezoelectric vibrator.
態に切り換わるスイッチ回路より成ることを特徴とする
請求項１記載の圧電振動子。(2) The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the switching circuit comprises a switch circuit that switches to the second wiring state immediately after the first wiring state.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7353888A JPH01245798A (en) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | Piezoelectric vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7353888A JPH01245798A (en) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | Piezoelectric vibrator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01245798A true JPH01245798A (en) | 1989-09-29 |
Family
ID=13521110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7353888A Pending JPH01245798A (en) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | Piezoelectric vibrator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01245798A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015177998A (en) * | 2015-05-28 | 2015-10-08 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic sensor and electronic apparatus |
| US9774358B2 (en) | 2011-01-25 | 2017-09-26 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic sensor and electronic device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62250800A (en) * | 1986-04-24 | 1987-10-31 | Nec Corp | Transmitter-receiver |
-
1988
- 1988-03-28 JP JP7353888A patent/JPH01245798A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62250800A (en) * | 1986-04-24 | 1987-10-31 | Nec Corp | Transmitter-receiver |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9774358B2 (en) | 2011-01-25 | 2017-09-26 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic sensor and electronic device |
| JP2015177998A (en) * | 2015-05-28 | 2015-10-08 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic sensor and electronic apparatus |
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