JPH02273000A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電歪現象を利用して超音波を発生する圧電振動
子に係り、特に円筒又は半円筒状の面に直角な周囲方向
へ超音波を送受信する送受波器の構成素子となる圧電振
動子に関する。

（従来の技術） 圧電振動子は電気信号を超音波信号（以下音波と呼ぶ）
に変換し又は音波信号を電気信号に変換する、いわゆる
送受信機能をもつ電気音響変換素子である。これらの変
換素子は単一で使用されることもあるがその多くの場合
幾つかの素子を組合せて音波に指向特性を持たせて使わ
れる。これらのうち特に自船の周囲の水平全方向を一度
に検知して水中物の位置、方位を表示するスキャニング
・ソナー等では非常に多くの数の圧電振動子から構成さ
れる送受波器装置が使用される。更に詳細にスキャニン
グソナーの動作、表示方法について説明すると第４図は
スキャニングソナーの送受波器の一例でありＮ個の振動
子Ｔ　１．Ｔ　２．Ｔ　３ｔ・・・、Ｔｎを円周方向に
並べこれを縦方向にｍ段重ねてｎ×ｍ個の圧電振動子Ｔ
　１１１　Ｔ　１２１　Ｔ　１３１　””ｔ　Ｔｎｍの
組立体を用いる。そして第５図に示す様に送受波器Ｔよ
り水平面又は円錐面Ｂに沿って超音波パルスを発射した
後、水中物Ｆがらの反射波を縦方向に一列の振動子Ｔ　
１１．Ｔ　１２＋　Ｔ　１３＋・・・、Ｔｉ。を−群と
して縦方向に適当な指向角（巾）を持つ音波ビームを作
り、これを円周方向に幾つか組合せて第６図の様に方向
θ１に鋭い指向性を持つ受渡ビームＲＢを形成しこの受
波ビームＲＢｔ−円周方向に順次切換えることによりθ
２．θ３・・・方向と円錐面Ｂ上を順次高速に旋回させ
て受信する。水中物Ｆの円誰面Ｂ上の位置は受渡ビーム
ＲＢの方位と超音波パルスを発射して後、水中物Ｆから
の反射波が受波されるまでの時間より距離を求めること
により知ることができる。水中物Ｆの位置は例えば第７
図に示す様に受波ビームの旋回と同期したスパイラル状
の掃引を行うＣＲＴ上に反射信号の強度に応じて又は強
度によらない一定輝点として表示している。この様な装
置では音波ビームの合成の都合上前述の第４図の様に多
数の圧電振動子を円筒又は半円筒上に配列した送受波器
装置を使用する必要がある。かかる送受波器装置に使わ
れる圧電振動子の形状は円筒面上に圧電振動子の音波輻
射面を配する必要があり、かつ輻射面の長さ（巾）は音
波の指向性合成の都合からλ／２（但し、λは波長）程
度に選ばれる。又、振動子長は使用周波数（一般には共
振周波数）から一義的に定まる。音波輻射面に相対する
背面（底面）は水平面上の相隣る左右の振動素子とぶつ
からない様にするため音波輻射面の長さ（巾）より小さ
な寸法である必要がある。この様な要件を満たす為、従
来は第３図に図示する様な丁字形状の圧電振動子が用い
られてきた。ここに３１は音波輻射面、３２は背面、斜
線で示す３３ａ、３３ｂは駆動電極であり図示する様に
３３＆、３３ｂ間に駆動する為の電圧が印加される。丁
字形状の圧電振動子の振動動作としては３３ａ、３３ｂ
間に印加される駆動電圧により３３ａ、３３ｂの駆動電
極に挟まれた圧電振動子の脚部が厚み振動を起こす。こ
の厚み振動による体積歪により輻射部（面）３１と背面
部３２は上下振動即ちピストン振動することとなり３１
の輻射部から音波が輻射されることとなる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これら丁字形状の圧電振動子は第３図から明ら
かな様に音波の輻射部と脚部の間に３４として示す様な
くびれを持たせた部分があり、この部分が振動の節とな
り応力が最大の点となって耐久性が悪く破壊する欠点が
あった。又、圧電振動子製造上においても高温焼成時に
発生する焼成歪はやはり３４部分が最大となり破断力が
小さくなるという欠点があった。

本発明は、複数個の素子を一定間隔で円筒配列するのに
都合のよい形状をした圧電振動子を提供すると共に、振
動動作させたときの耐久性の問題及び製造過程で発生す
る構造歪の問題を解決する点にある。

（課題を解決するための手段） このような背景のもとに、本発明はくさび形状をし、か
つ平行をなす他の一対の面に駆動電極面を持たせたこと
を特徴とし、又、更にほこの駆動電極面から側面まで外
部電極接続用リードを延長したことを特徴とする圧電振
動子であり、以下実施例につき、図面により詳細に説明
する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例で、１１を輻射面とし互いに
平行な面に斜線で示す１３ａ、１３ｂの駆動電極を有す
る圧電振動子であり、厚さ振動をする様に構成されてい
る。ここに厚さ方向の寸法Ωにより振動の共振周波数が
決まることとなり、駆動電極１３ａ、１３ｂにこの共振
周波数ｆｏを有する連続又はバーストの交流電圧Ｅａを
与えることにより圧電振動子は厚み振動を起こし、輻射
面１１から媒質中に音波が発射されることとなる。

この様な形状を持たせることにより従来使用されてきた
第３図に示す圧電振動子と同じ厚み方向のピストン振動
をし、かつ楔形状を有しているので円筒、半円筒状に等
間隔に配列することは容易である。その上、振動応力や
圧電振動子製造上の焼成歪が特定の場所に集中すること
がないので、従来のものに比べて大きなレベルの音波を
得るために駆動電圧Ｅａを大きくしても破壊し難く、耐
久性も優れたものを得ることができる。さらに、既に記
した様に、第１図の１１ａ、１１ｂの駆動電極部分から
外部の駆動電圧Ｅａの出力端子に接続する為の振動子側
リード線接続部を駆動電極１３ａ、１３ｂの面にすると
、図の上下方向にも複数個（多段数）並べた場合にリー
ド線接続部同士が互いに接触する危険性がある。そのと
きは、第２図に示す様に駆動電極２３ａ、２３ｂのリー
ド線接続部分を電極箔又は銅板などの導体を用いて２４
　ａ　、２４　ｂに示す様に互いに平行でない、傾斜の
付いた側面に導き接続端子部とする様に構成すればよい
。

又、特に図示されていないが、第２図の２４ａ。

２４ｂの駆動電源接続端子部を同図２１として示す音波
輻射部とその背面である２５の部分に持たせることも可
能であることは言うまでもない。

更に又特に図示されていないが第１図の音波輻射部１１
とその背面１４に駆動電極を設けることも可能であるこ
とは自明である。又この場合も駆動電源接続端子部を第
１図１３ａ、１３ｂに導出することが可能であることは
言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明した様に本発明による圧電振動子は、（１）多
数の素子を円筒、半円筒状配列するに適した形状を有し
、（２）厚み方向にピストン振動をする特性を有し、（
３）振動時の応力の集中や製造時の焼成歪の発生する場
所をなくし、（４）必要により互に平行な面だけでなく
平行でない面に駆動電極接続端を持たせることができる
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す外観図、第２図は他の
実施例の外観図、第３図は従来の外観図、第４図はスキ
ャニング・ソナーの送受波器の外観図の一例、第５図は
送受波ビームの放射状態図、第６図は受波ビームの旋回
の説明図、第７図はスキャニング・ソナーの表示方式を
示す図である。 １１．２１−−・輻射面、１３　ａ　ｔ　１３　ｂ　−
２３ａ　＞２３ｂ・・・駆動電極、２４ａ、２４ｂ・・
・接続端子部、Ｅａ・・・駆動電圧。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波を送受信する圧電振動子において、直方体
   の一対の相対する面に傾斜を付けた楔形状を有し、互に
   平行な他の一対の面に駆動電極を付けることにより、こ
   れらの４面と直角な面を輻射面となし、かつ該圧電振動
   子を複数個水平、垂直方向にそれぞれ等間隔に配列して
   円筒又は半円筒状に構成できる様にしたことを特徴とす
   る圧電振動子。
2. （２）請求項（１）項記載の圧電振動子において、前記
   駆動電極面から外部駆動電源へのリード線引出端を、前
   記駆動電極面から傾斜を有する他の面内まで箔又は導体
   板により延長して形成し、側面から駆動できるように構
   成したことを特徴とする圧電振動子。