JPH04324000A - 水中超音波送受波器 - Google Patents
水中超音波送受波器Info
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中超音波送受波器に
関し、特に圧電振動子近傍の構成の改良に関する。
関し、特に圧電振動子近傍の構成の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、魚群探知機、ソナー等の機器
において水中超音波送受波器が用いられている。水中超
音波送受波器は、例えば圧電セラミクスから形成される
振動子を電気的に励振し、水中に超音波を送波すると共
に、水中の物体（例えば魚群、海底等）からの反射波を
受波する装置である。反射波は送波時点からある時間遅
れて受波され、この時間が音波の往復時間に相当すると
ころから、受波及び対応する信号処理により魚群等まで
の距離を知ることができる。また、反射波のレベル等に
よって魚群の規模等を知ることができる。このように、
水中超音波送受波器は、産業上非常に有意な装置である
。
において水中超音波送受波器が用いられている。水中超
音波送受波器は、例えば圧電セラミクスから形成される
振動子を電気的に励振し、水中に超音波を送波すると共
に、水中の物体（例えば魚群、海底等）からの反射波を
受波する装置である。反射波は送波時点からある時間遅
れて受波され、この時間が音波の往復時間に相当すると
ころから、受波及び対応する信号処理により魚群等まで
の距離を知ることができる。また、反射波のレベル等に
よって魚群の規模等を知ることができる。このように、
水中超音波送受波器は、産業上非常に有意な装置である
。
【０００３】水中超音波送受波器を実現するためには、
超音波を発生させる手段及び反射波を受波する手段が必
須である。これら送波及び受波を可能にする素子として
は、電圧の印加により励振され圧電セラミクスや有機圧
電材料で形成される圧電振動子が知られている。
超音波を発生させる手段及び反射波を受波する手段が必
須である。これら送波及び受波を可能にする素子として
は、電圧の印加により励振され圧電セラミクスや有機圧
電材料で形成される圧電振動子が知られている。
【０００４】図５には、一従来例に係る水中超音波送受
波器の構成が示されている。この図に示される構成は、
特に圧電振動子近傍の構成のみを描いたものであり、圧
電振動子１０としては一般的な圧電セラミクス材料であ
るＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ （ジルコン酸チタン酸鉛：
ＰＺＴ）により形成された振動子を用いている。
波器の構成が示されている。この図に示される構成は、
特に圧電振動子近傍の構成のみを描いたものであり、圧
電振動子１０としては一般的な圧電セラミクス材料であ
るＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ （ジルコン酸チタン酸鉛：
ＰＺＴ）により形成された振動子を用いている。
【０００５】圧電振動子１０の表裏にはそれぞれ金属の
電極１２が形成されており、圧電振動子１０には組み立
て前に厚み方向に分極処理が施されている。電極１２に
は、リード線１４がそれぞれ半田付け等により接続され
ており、リード線１４を介して供給される電圧により圧
電振動子１０は励振され、超音波を発生させ図の矢印１
００の上向き方向に送波する。逆に、下向きの矢印１０
０の方向から超音波が到来すると、圧電振動子１０はこ
れを電気信号に変換してリード線１４から例えば送受信
器に供給する。
電極１２が形成されており、圧電振動子１０には組み立
て前に厚み方向に分極処理が施されている。電極１２に
は、リード線１４がそれぞれ半田付け等により接続され
ており、リード線１４を介して供給される電圧により圧
電振動子１０は励振され、超音波を発生させ図の矢印１
００の上向き方向に送波する。逆に、下向きの矢印１０
０の方向から超音波が到来すると、圧電振動子１０はこ
れを電気信号に変換してリード線１４から例えば送受信
器に供給する。
【０００６】この送受波に当たって、音響インピーダン
スが整合していなければ、界面で反射が生じ効率の良い
送受波を実現できない。水中超音波送受波器は、水中で
使用される装置であり、水の音響インピーダンスとＰＺ
Ｔより形成される振動子１０の音響インピーダンスは数
十倍程度異なる値を有している。従って、圧電振動子１
０から直接に水との間で送受波を行うのは好ましくない
。このため、従来から、音響インピーダンスの整合を確
保するための整合層を設けることが行われている。整合
層は、図５においては１６で示されており、圧電振動子
１０の上側の面（以下、超音波輻射面と言う）に形成さ
れている。整合層１６は、例えば Ｚ２ ＝（Ｚ０ Ｚ１ ）１／２ の式を満たす音響インピーダンスＺ２ を有し、λ／４
の厚みを有する層である。ここに、Ｚ０ は水の音響イ
ンピーダンスであり、Ｚ１はＰＺＴより形成される振動
子１０の音響インピーダンスであり、λは整合層１６の
材質に依存する音波の波長である。すなわち、整合層１
６は、水の音響インピーダンスＺ０ と振動子１０の音
響インピーダンスＺ１ の中間の値の音響インピーダン
スＺ２ を有する材質から形成する必要があり、このよ
うな材質としては、ポリウレタン樹脂が知られている。
スが整合していなければ、界面で反射が生じ効率の良い
送受波を実現できない。水中超音波送受波器は、水中で
使用される装置であり、水の音響インピーダンスとＰＺ
Ｔより形成される振動子１０の音響インピーダンスは数
十倍程度異なる値を有している。従って、圧電振動子１
０から直接に水との間で送受波を行うのは好ましくない
。このため、従来から、音響インピーダンスの整合を確
保するための整合層を設けることが行われている。整合
層は、図５においては１６で示されており、圧電振動子
１０の上側の面（以下、超音波輻射面と言う）に形成さ
れている。整合層１６は、例えば Ｚ２ ＝（Ｚ０ Ｚ１ ）１／２ の式を満たす音響インピーダンスＺ２ を有し、λ／４
の厚みを有する層である。ここに、Ｚ０ は水の音響イ
ンピーダンスであり、Ｚ１はＰＺＴより形成される振動
子１０の音響インピーダンスであり、λは整合層１６の
材質に依存する音波の波長である。すなわち、整合層１
６は、水の音響インピーダンスＺ０ と振動子１０の音
響インピーダンスＺ１ の中間の値の音響インピーダン
スＺ２ を有する材質から形成する必要があり、このよ
うな材質としては、ポリウレタン樹脂が知られている。
【０００７】このような整合層１６が設けられた場合、
圧電振動子１０は、整合層１６を介して水中に超音波を
送波し、魚群、海底等により反射された反射波を再び整
合層１６を介して受波する。この送波から受波までの時
間や、受信電圧の大きさ等により、被反射体（魚群、海
底等）の距離や、大きさが把握できることとなる。
圧電振動子１０は、整合層１６を介して水中に超音波を
送波し、魚群、海底等により反射された反射波を再び整
合層１６を介して受波する。この送波から受波までの時
間や、受信電圧の大きさ等により、被反射体（魚群、海
底等）の距離や、大きさが把握できることとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来の水中超音波送受波器においては
、圧電振動子における熱の発生によって種々の問題が生
ずる。魚群探知等の目的で水中超音波送受波が用いられ
る場合、１０〜５０Ｗ／ｃｍ２ の電力で圧電振動子が
駆動される。すると、圧電振動子において熱が発生し、
圧電振動子の表面温度が２００〜３００℃にもなること
がある。また、リード線を介して接続される電気回路系
の誤動作が生ずると、圧電振動子への電圧の過入力が生
じ、この結果圧電振動子の表面温度が高くなる場合があ
る。
うな構成を有する従来の水中超音波送受波器においては
、圧電振動子における熱の発生によって種々の問題が生
ずる。魚群探知等の目的で水中超音波送受波が用いられ
る場合、１０〜５０Ｗ／ｃｍ２ の電力で圧電振動子が
駆動される。すると、圧電振動子において熱が発生し、
圧電振動子の表面温度が２００〜３００℃にもなること
がある。また、リード線を介して接続される電気回路系
の誤動作が生ずると、圧電振動子への電圧の過入力が生
じ、この結果圧電振動子の表面温度が高くなる場合があ
る。
【０００９】圧電振動子は、先に述べたように、ＰＺＴ
、ＰｂＴｉＯ３ （チタン酸鉛）、ＢａＴｉＯ３ （チ
タン酸バリウム）等の材質から形成される。これらの物
質のキュリー温度は１２０〜４００℃である。先に述べ
たように圧電振動子の表面温度は２００〜３００℃とな
る場合があり、このようにキュリー温度を超えた場合に
は圧電振動子が消極し、圧電性が失われる。このように
圧電性が失われると、水中超音波送受波器は、本来の用
途に用いえないものとなる。
、ＰｂＴｉＯ３ （チタン酸鉛）、ＢａＴｉＯ３ （チ
タン酸バリウム）等の材質から形成される。これらの物
質のキュリー温度は１２０〜４００℃である。先に述べ
たように圧電振動子の表面温度は２００〜３００℃とな
る場合があり、このようにキュリー温度を超えた場合に
は圧電振動子が消極し、圧電性が失われる。このように
圧電性が失われると、水中超音波送受波器は、本来の用
途に用いえないものとなる。
【００１０】また、圧電振動子の表面温度がさらに上昇
すると、リード線と圧電振動子表面の電極との接続が失
われることがある。すなわち、この接続は半田付けによ
って行われているが、半田の融点よりも高い圧電振動子
表面温度となった場合、半田が融けてリード線が圧電振
動子の電極からはずれることがある。
すると、リード線と圧電振動子表面の電極との接続が失
われることがある。すなわち、この接続は半田付けによ
って行われているが、半田の融点よりも高い圧電振動子
表面温度となった場合、半田が融けてリード線が圧電振
動子の電極からはずれることがある。
【００１１】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、圧電振動子に１０
〜５０Ｗ／ｃｍ２ 程度の電力を注入した場合等におい
ても、圧電振動子表面の過度の温度上昇が生ずることが
ない水中超音波送受波器を提供することを目的とする。
とを課題としてなされたものであり、圧電振動子に１０
〜５０Ｗ／ｃｍ２ 程度の電力を注入した場合等におい
ても、圧電振動子表面の過度の温度上昇が生ずることが
ない水中超音波送受波器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、共振抵抗Ｒ１ を有する圧電セラ
ミクスから形成され所定方向に電圧が印加されることに
より、超音波を輻射する圧電振動子を有する水中超音波
送受波器において、温度の増加に対して電気抵抗Ｒ２
が増加する温度−電気抵抗特性を有するλ／４の厚みの
セラミクス層を圧電振動子の超音波輻射面に積層被着し
、圧電振動子とセラミクス層の積層方向に電圧を印加す
るよう電極を設け、圧電振動子とセラミクス層により、
電極間に抵抗Ｒ１ と抵抗Ｒ２ の直列回路を形成する
ことを特徴とする。
るために、本発明は、共振抵抗Ｒ１ を有する圧電セラ
ミクスから形成され所定方向に電圧が印加されることに
より、超音波を輻射する圧電振動子を有する水中超音波
送受波器において、温度の増加に対して電気抵抗Ｒ２
が増加する温度−電気抵抗特性を有するλ／４の厚みの
セラミクス層を圧電振動子の超音波輻射面に積層被着し
、圧電振動子とセラミクス層の積層方向に電圧を印加す
るよう電極を設け、圧電振動子とセラミクス層により、
電極間に抵抗Ｒ１ と抵抗Ｒ２ の直列回路を形成する
ことを特徴とする。
【００１３】また、請求項２は、圧電振動子の音響イン
ピーダンスＺ１ とセラミクス層の音響インピーダンス
Ｚ２ とが、Ｚ２ ＝（Ｚ０ Ｚ１ ）１／２ （ただ
しＺ０ は水の音響インピーダンス）の関係を有し、セ
ラミクス層が音響インピーダンスの整合層として機能す
ることを特徴とする。
ピーダンスＺ１ とセラミクス層の音響インピーダンス
Ｚ２ とが、Ｚ２ ＝（Ｚ０ Ｚ１ ）１／２ （ただ
しＺ０ は水の音響インピーダンス）の関係を有し、セ
ラミクス層が音響インピーダンスの整合層として機能す
ることを特徴とする。
【００１４】さらに、請求項３は、圧電振動子が、Ｐｂ
（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３ 、ＢａＴｉＯ３
のいずれかで形成され、セラミクス層が、ＢａＴｉＯ３
；チタン酸バリウム、（Ｂａ１−ｘ Ｓｒｘ ）Ｔｉ
Ｏ３ ；チタン酸バリウムストロンチウム（０．１＜ｘ
＜０．７）、（Ｂａ１−ｙ Ｐｂｙ ）ＴｉＯ３ ；チ
タン酸バリウム鉛（０．５＜ｙ＜０．６）のいずれかに
、Ｙ；イットリウム、Ｌａ；ランタン、Ｎｄ；ネオジム
、Ｎｂ；鉛またはＴａ；タンタルを０．１〜０．５原子
％添加し、酸化性雰囲気中で１３００〜１３６０℃で焼
成することにより得られるセラミクスから形成されるこ
とを特徴とする。
（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３ 、ＢａＴｉＯ３
のいずれかで形成され、セラミクス層が、ＢａＴｉＯ３
；チタン酸バリウム、（Ｂａ１−ｘ Ｓｒｘ ）Ｔｉ
Ｏ３ ；チタン酸バリウムストロンチウム（０．１＜ｘ
＜０．７）、（Ｂａ１−ｙ Ｐｂｙ ）ＴｉＯ３ ；チ
タン酸バリウム鉛（０．５＜ｙ＜０．６）のいずれかに
、Ｙ；イットリウム、Ｌａ；ランタン、Ｎｄ；ネオジム
、Ｎｂ；鉛またはＴａ；タンタルを０．１〜０．５原子
％添加し、酸化性雰囲気中で１３００〜１３６０℃で焼
成することにより得られるセラミクスから形成されるこ
とを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明の請求項１においては、圧電振動子とセ
ラミクス層により抵抗Ｒ１ と抵抗Ｒ２ の直列回路が
形成される。すなわち、圧電振動子は、共振時に電気抵
抗（以下、共振抵抗と言う）Ｒ１ を有しており、セラ
ミクス層は温度に依存する抵抗Ｒ２ を有している。更
に、抵抗Ｒ２ は、温度の増加に対して増加するような
特性を有しており、これにより、電力の注入に伴う圧電
振動子の温度上昇が抑制される。すなわち、抵抗Ｒ２
が温度上昇に伴い上昇することで、圧電振動子への印加
電圧が制限され、この結果、過度の温度上昇による消極
やリード線はずれ等の事態が生ずることがない。
ラミクス層により抵抗Ｒ１ と抵抗Ｒ２ の直列回路が
形成される。すなわち、圧電振動子は、共振時に電気抵
抗（以下、共振抵抗と言う）Ｒ１ を有しており、セラ
ミクス層は温度に依存する抵抗Ｒ２ を有している。更
に、抵抗Ｒ２ は、温度の増加に対して増加するような
特性を有しており、これにより、電力の注入に伴う圧電
振動子の温度上昇が抑制される。すなわち、抵抗Ｒ２
が温度上昇に伴い上昇することで、圧電振動子への印加
電圧が制限され、この結果、過度の温度上昇による消極
やリード線はずれ等の事態が生ずることがない。
【００１６】請求項２においては、このセラミクス層が
さらに整合層としての機能をも併せ有する。すなわち、
セラミクス層の厚みがλ／４に、音響インピーダンスＺ
２ が Ｚ２ ＝（Ｚ１ Ｚ０ ）１／２ を満たすように設定される。この結果、機能的に集積性
の高い装置が得られる。請求項３においては、圧電振動
子がＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ 等の材料で形成され、セ
ラミクス層がＢａＴｉＯ３ 等にＹ等を添加し、酸化性
雰囲気中で１３００℃等で焼成されたセラミクスから形
成される。この結果、請求項１に係る作用が、従来公知
の圧電振動子材料を用いて実現されることとなる。
さらに整合層としての機能をも併せ有する。すなわち、
セラミクス層の厚みがλ／４に、音響インピーダンスＺ
２ が Ｚ２ ＝（Ｚ１ Ｚ０ ）１／２ を満たすように設定される。この結果、機能的に集積性
の高い装置が得られる。請求項３においては、圧電振動
子がＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ 等の材料で形成され、セ
ラミクス層がＢａＴｉＯ３ 等にＹ等を添加し、酸化性
雰囲気中で１３００℃等で焼成されたセラミクスから形
成される。この結果、請求項１に係る作用が、従来公知
の圧電振動子材料を用いて実現されることとなる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図５に示される従来例と同様の
構成には同一の符号を付し説明を省略する。
基づき説明する。なお、図５に示される従来例と同様の
構成には同一の符号を付し説明を省略する。
【００１８】図１には、本発明の一実施例に係る水中超
音波送受波器の構成、特に圧電振動子１０近傍の構成が
示されている。圧電振動子１０の超音波輻射面には、導
電性接着剤１８によりセラミクス２０が接着されている
。セラミクス２０の上側の面（超音波送受波に係る面）
には電極１２が被着形成されており、リード線１４は、
図最下層の電極１２と最上層の電極１２と、にそれぞれ
半田付けされている。
音波送受波器の構成、特に圧電振動子１０近傍の構成が
示されている。圧電振動子１０の超音波輻射面には、導
電性接着剤１８によりセラミクス２０が接着されている
。セラミクス２０の上側の面（超音波送受波に係る面）
には電極１２が被着形成されており、リード線１４は、
図最下層の電極１２と最上層の電極１２と、にそれぞれ
半田付けされている。
【００１９】この実施例の場合、圧電振動子１０は、例
えば動作周波数２００ｋＨｚ、直径５０ｍｍのＰＺＴ（
すなわちＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ ）として構成されて
おり、音響インピーダンスＺ１ ＝３５×１０６ｋｇ／
ｍ２ ・ｓ、共振抵抗２００Ωである。セラミクス２０
は、圧電振動子１０と水との音響インピーダンスを整合
する整合層としても機能し、その厚さはλ／４に設定さ
れている。セラミクス２０の材質としては、ＢａＴｉＯ
３ にＹを添加した材料が用いられている。整合層２０
の音響インピーダンスＺ２ は、 Ｚ２ ＝（Ｚ０ ・Ｚ１ ）１／２ に設定されている。但し、Ｚ０ は水の音響インピーダ
ンスである。
えば動作周波数２００ｋＨｚ、直径５０ｍｍのＰＺＴ（
すなわちＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ ）として構成されて
おり、音響インピーダンスＺ１ ＝３５×１０６ｋｇ／
ｍ２ ・ｓ、共振抵抗２００Ωである。セラミクス２０
は、圧電振動子１０と水との音響インピーダンスを整合
する整合層としても機能し、その厚さはλ／４に設定さ
れている。セラミクス２０の材質としては、ＢａＴｉＯ
３ にＹを添加した材料が用いられている。整合層２０
の音響インピーダンスＺ２ は、 Ｚ２ ＝（Ｚ０ ・Ｚ１ ）１／２ に設定されている。但し、Ｚ０ は水の音響インピーダ
ンスである。
【００２０】図２にはこの実施例の等価回路が示されて
いる。この図に示されるように、圧電振動子１０は共振
抵抗Ｒ１ として、整合層２０は抵抗Ｒ２ として、そ
れぞれ扱うことができる。リード線１４を介して供給さ
れる電圧がＶ０ であるとすると、抵抗Ｒ１ とＲ２
の分圧により、圧電振動子１０に印加される電圧はＶ１
＝Ｖ０・Ｒ１ ／（Ｒ１ ＋Ｒ２ ）となる。抵抗Ｒ
２ は、従って、圧電振動子１０に印加される電圧を抑
制する作用を有する。
いる。この図に示されるように、圧電振動子１０は共振
抵抗Ｒ１ として、整合層２０は抵抗Ｒ２ として、そ
れぞれ扱うことができる。リード線１４を介して供給さ
れる電圧がＶ０ であるとすると、抵抗Ｒ１ とＲ２
の分圧により、圧電振動子１０に印加される電圧はＶ１
＝Ｖ０・Ｒ１ ／（Ｒ１ ＋Ｒ２ ）となる。抵抗Ｒ
２ は、従って、圧電振動子１０に印加される電圧を抑
制する作用を有する。
【００２１】図３には、セラミクス２０の音響インピー
ダンス−空孔率特性が、図４には抵抗−温度特性が、そ
れぞれ示されている。
ダンス−空孔率特性が、図４には抵抗−温度特性が、そ
れぞれ示されている。
【００２２】本実施例においては、セラミクス２０とし
て整合層ＢａＴｉＯ３ にＹ２ Ｏを添加した材料を採
用している。より詳細には、この材料にさらに空孔形成
材料としてメタクリル粉末を均一に分散させ加圧成形し
、４００℃でメタクリルを焼成除去し、さらに１３２０
℃で焼成して半導体化した多孔質なＢａＴｉＯ３ を構
成する。すると、この多孔質ＢａＴｉＯ３ は、空孔率
を変化させることによって図３に示されるような音響イ
ンピーダンスを実現する。言い換えれば、空孔率を調整
することで、前述の音響インピーダンスＺ２ に係る式
を満たすようセラミクス２０の特性を調整することがで
きる。例えば、空孔率を４４％程度にすれば、音速ｖ＝
２６００ｍ／ｓとなり、音響インピーダンスＺ２ ＝ρ
ｖ（ρ：密度）＝８×１０６ ｋｇ／ｍ２ ・ｓが実現
される。整合層の厚さはλ／４＝ｖ／４ｆ（ｆ：動作周
波数）より３．３ｍｍとすれば良い。これにより、セラ
ミクス２０によって音響インピーダンスの整合が確保さ
れ、超音波の水中への効率の良い輻射が確保される。
て整合層ＢａＴｉＯ３ にＹ２ Ｏを添加した材料を採
用している。より詳細には、この材料にさらに空孔形成
材料としてメタクリル粉末を均一に分散させ加圧成形し
、４００℃でメタクリルを焼成除去し、さらに１３２０
℃で焼成して半導体化した多孔質なＢａＴｉＯ３ を構
成する。すると、この多孔質ＢａＴｉＯ３ は、空孔率
を変化させることによって図３に示されるような音響イ
ンピーダンスを実現する。言い換えれば、空孔率を調整
することで、前述の音響インピーダンスＺ２ に係る式
を満たすようセラミクス２０の特性を調整することがで
きる。例えば、空孔率を４４％程度にすれば、音速ｖ＝
２６００ｍ／ｓとなり、音響インピーダンスＺ２ ＝ρ
ｖ（ρ：密度）＝８×１０６ ｋｇ／ｍ２ ・ｓが実現
される。整合層の厚さはλ／４＝ｖ／４ｆ（ｆ：動作周
波数）より３．３ｍｍとすれば良い。これにより、セラ
ミクス２０によって音響インピーダンスの整合が確保さ
れ、超音波の水中への効率の良い輻射が確保される。
【００２３】さらに、前述のように本実施例では焼成温
度を１３２０℃としている。これにより、図４に示され
るような抵抗−温度特性が実現される。この図に示され
る特性では、温度が１００℃以下では抵抗はほぼ１０Ω
以下であるが、１００℃を超えると急激に抵抗が増加し
、１２５℃では１００Ω以上となる。すなわち、圧電振
動子１０の温度が１２５℃を超えようとした場合、圧電
振動子１０に印加される電圧は増加した抵抗Ｒ２ によ
り制限されることになり、印加電圧Ｖ０ の５０％以下
となる。この結果、圧電振動子１０の発熱が抑制され、
消極等に伴う圧電特性の劣化や、リード線１４と電極１
２との半田付け溶融によるはずれ等が防止されることと
なる。
度を１３２０℃としている。これにより、図４に示され
るような抵抗−温度特性が実現される。この図に示され
る特性では、温度が１００℃以下では抵抗はほぼ１０Ω
以下であるが、１００℃を超えると急激に抵抗が増加し
、１２５℃では１００Ω以上となる。すなわち、圧電振
動子１０の温度が１２５℃を超えようとした場合、圧電
振動子１０に印加される電圧は増加した抵抗Ｒ２ によ
り制限されることになり、印加電圧Ｖ０ の５０％以下
となる。この結果、圧電振動子１０の発熱が抑制され、
消極等に伴う圧電特性の劣化や、リード線１４と電極１
２との半田付け溶融によるはずれ等が防止されることと
なる。
【００２４】なお、以上の実施例においては、圧電振動
子の材料としてＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ を仮定し、セ
ラミクス２０の材料としてＢａＴｉＯ３ にＹを添加し
た材料を採用しているが、これは他の材料であっても良
い。 例えば、圧電振動子１０の材料としてはＰｂＴｉＯ３
、ＢａＴｉＯ３ を採用することができる。セラミクス
２０の材質としては、基材として（Ｂａ１−ｘ Ｓｒｘ
）ＴｉＯ３ （０．３＜ｘ＜０．７）や、（Ｂａ１−
ｙ Ｐｂｙ ）ＴｉＯ３ （０．０５＜ｙ＜０．６）を
用いることができ、これらの添加物としては、Ｙの他、
Ｌａ、Ｎｄ、Ｎｂ、Ｔａを用いることができる。さらに
、焼成温度は１３２０℃に限られることはなく、１３０
０〜１３６０℃の範囲から任意に（経験的に）決定すれ
ば良い。
子の材料としてＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３ を仮定し、セ
ラミクス２０の材料としてＢａＴｉＯ３ にＹを添加し
た材料を採用しているが、これは他の材料であっても良
い。 例えば、圧電振動子１０の材料としてはＰｂＴｉＯ３
、ＢａＴｉＯ３ を採用することができる。セラミクス
２０の材質としては、基材として（Ｂａ１−ｘ Ｓｒｘ
）ＴｉＯ３ （０．３＜ｘ＜０．７）や、（Ｂａ１−
ｙ Ｐｂｙ ）ＴｉＯ３ （０．０５＜ｙ＜０．６）を
用いることができ、これらの添加物としては、Ｙの他、
Ｌａ、Ｎｄ、Ｎｂ、Ｔａを用いることができる。さらに
、焼成温度は１３２０℃に限られることはなく、１３０
０〜１３６０℃の範囲から任意に（経験的に）決定すれ
ば良い。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度の増加に対して電気抵抗Ｒ２ が増加する温度−電
気抵抗特性を有するセラミクスを圧電振動子の超音波輻
射面に被着するようにしたため、圧電振動子に注入され
る電力が当該抵抗Ｒ２ により抑制され、過度の電力注
入に伴う消極やリード線はずれ等が防止され、より電力
注入に強く寿命が長くて性能の良い水中超音波送受波器
を得ることができる。
温度の増加に対して電気抵抗Ｒ２ が増加する温度−電
気抵抗特性を有するセラミクスを圧電振動子の超音波輻
射面に被着するようにしたため、圧電振動子に注入され
る電力が当該抵抗Ｒ２ により抑制され、過度の電力注
入に伴う消極やリード線はずれ等が防止され、より電力
注入に強く寿命が長くて性能の良い水中超音波送受波器
を得ることができる。
【００２６】さらに、請求項２によれば、セラミクス層
を整合層として構成するようにしたため、構成を大型化
させることなく、請求項１に係る効果を実現することが
でき、より高機能の水中超音波送受波器を実現すること
ができる。
を整合層として構成するようにしたため、構成を大型化
させることなく、請求項１に係る効果を実現することが
でき、より高機能の水中超音波送受波器を実現すること
ができる。
【００２７】そして、請求項３によれば、圧電振動子の
材料としてＰＺＴ等の公知材料を用いつつ請求項１に係
る効果を実現し得るセラミクス層を実現するようにした
ため、比較的経済的かつ簡易な手段により前述のような
効果を奏する水中超音波送受波器を構成することができ
る。
材料としてＰＺＴ等の公知材料を用いつつ請求項１に係
る効果を実現し得るセラミクス層を実現するようにした
ため、比較的経済的かつ簡易な手段により前述のような
効果を奏する水中超音波送受波器を構成することができ
る。
【図１】本発明の一実施例に係る水中超音波送受波器、
特に圧電振動子近傍の構成を示す断面図である。
特に圧電振動子近傍の構成を示す断面図である。
【図２】本実施例の等価回路を示す図である。
【図３】本実施例において用いられるセラミクスの音響
インピーダンス−空孔率特性を示す図である。
インピーダンス−空孔率特性を示す図である。
【図４】本実施例において用いられるセラミクスの抵抗
−温度特性を示す図である。
−温度特性を示す図である。
【図５】一従来例に係る水中超音波送受波器、特に圧電
振動子近傍の構成を示す断面図である。
振動子近傍の構成を示す断面図である。
１０ 圧電振動子
１２ 電極
１４ リード線
１８ 導電性接着剤
２０ セラミクス
Ｒ１ ，Ｒ２ 抵抗
Claims (3)
- 【請求項１】共振抵抗Ｒ１ を有する圧電セラミクスか
ら形成され所定方向に電圧が印加されることにより超音
波を輻射する圧電振動子を有する水中超音波送受波器に
おいて、 温度の増加に対して電気抵抗Ｒ２ が増加
する温度−電気抵抗特性を有するλ（λは材質に依存す
る波長）／４の厚みのセラミクス層を圧電振動子の超音
波輻射面に積層被着し、圧電振動子とセラミクス層の積
層方向に電圧を印加するよう電極を設け、圧電振動子と
セラミクス層により電極間に抵抗Ｒ１ と抵抗Ｒ２ の
直列回路を形成することを特徴とする水中超音波送受波
器。 - 【請求項２】請求項１記載の水中超音波送受波器におい
て、圧電振動子の音響インピーダンスＺ１ とセラミク
ス層の音響インピーダンスＺ２ とが、Ｚ２ ＝（Ｚ０
Ｚ１ ）１／２ 、ただしＺ０ は水の音響インピー
ダンスの関係を有し、セラミクス層が音響インピーダン
スの整合層として機能することを特徴とする水中超音波
送受波器。 - 【請求項３】請求項１記載の水中超音波送受波器におい
て、圧電振動子が、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３ 、ＰｂＴ
ｉＯ３ 、ＢａＴｉＯ３ のいずれかで形成され、セラ
ミクス層が、ＢａＴｉＯ３ 、（Ｂａ１−ｘ Ｓｒｘ
）ＴｉＯ３ （０．１＜ｘ＜０．７）、（Ｂａ１−ｙ
Ｐｂｙ ）ＴｉＯ３ （０．５＜ｙ＜０．６）のいずれ
かに、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、ＮｂまたはＴａを０．１〜０．
５原子％添加し、酸化性雰囲気中で１３００〜１３６０
℃で焼成することにより得られるセラミクスから形成さ
れることを特徴とする水中超音波送受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211091A JPH04324000A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 水中超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211091A JPH04324000A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 水中超音波送受波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324000A true JPH04324000A (ja) | 1992-11-13 |
Family
ID=14045294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9211091A Pending JPH04324000A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 水中超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04324000A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6732274B1 (ja) * | 2019-02-28 | 2020-07-29 | 本多電子株式会社 | ソナー、超音波振動子 |
| WO2023190097A1 (ja) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | テイカ株式会社 | セラミックス系音響整合層材料、その製造方法、およびその用途 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP9211091A patent/JPH04324000A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6732274B1 (ja) * | 2019-02-28 | 2020-07-29 | 本多電子株式会社 | ソナー、超音波振動子 |
| WO2020174640A1 (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 本多電子株式会社 | ソナー、超音波振動子及びその製造方法 |
| WO2023190097A1 (ja) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | テイカ株式会社 | セラミックス系音響整合層材料、その製造方法、およびその用途 |
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