JPH0719911A - 超音波トランスデューサ - Google Patents
超音波トランスデューサInfo
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- JPH0719911A JPH0719911A JP18920193A JP18920193A JPH0719911A JP H0719911 A JPH0719911 A JP H0719911A JP 18920193 A JP18920193 A JP 18920193A JP 18920193 A JP18920193 A JP 18920193A JP H0719911 A JPH0719911 A JP H0719911A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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
サを提供する。 【構成】 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ＶSで伝搬する。この弾性表面
波のうち速度ＶSがアクリル板３単体における横波の速
度ＶATよりも大きいという関係を満たすものがバルク波
に変換されてアクリル板３中を伝搬する。このバルク波
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。 【効果】 効率よく液体中へ超音波を放射できるととも
に、液中超音波を電気信号として検出することができ
る。
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
サを提供する。 【構成】 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ＶSで伝搬する。この弾性表面
波のうち速度ＶSがアクリル板３単体における横波の速
度ＶATよりも大きいという関係を満たすものがバルク波
に変換されてアクリル板３中を伝搬する。このバルク波
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。 【効果】 効率よく液体中へ超音波を放射できるととも
に、液中超音波を電気信号として検出することができ
る。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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あ
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。
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あ
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。
【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の
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が
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や
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
ＶS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
ＲT、反射角θALを示す縦波反射率ＲLおよび縦波透過率
ＴL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
ＲT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。
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の
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が
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や
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
ＶS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
ＲT、反射角θALを示す縦波反射率ＲLおよび縦波透過率
ＴL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
ＲT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。
【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。
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。
【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。
示す断面図。
【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。
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。
【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。
の界面付近での超音波の伝搬形態を示す断面図。
【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。
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。
【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。
変換効率Ｃとｆｄ値との関係を示す特性図。
【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
ｋ2とｆｄ値との関係を示す特性図。
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。
【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
ｋ2とｆｄ値との関係を示す特性図。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
損失と周波数との関係の一実施例を示す特性図。
１ すだれ状電極 ２ 圧電磁器薄板 ３ アクリル板
Claims (4)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18920193A JP3341092B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 超音波トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18920193A JP3341092B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 超音波トランスデューサ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719911A true JPH0719911A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3341092B2 JP3341092B2 (ja) | 2002-11-05 |
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ID=16237220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18920193A Expired - Fee Related JP3341092B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | 超音波トランスデューサ |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341092B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074760A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Koji Toda | 超音波ドップラー流速計 |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP18920193A patent/JP3341092B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074760A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Koji Toda | 超音波ドップラー流速計 |
| JP4640627B2 (ja) * | 1999-09-06 | 2011-03-02 | 耕司 戸田 | 超音波ドップラー流速計 |
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