JPH0937379A - 超音波振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溝加工を必要としない、円筒波等を送受波す
るための超音波振動子とその製造方法を提供する。 【構成】 圧電セラミックスからなる円環状あるいは円
筒状の圧電振動子２１内において、その円筒径方向であ
ってその円筒軸方向に垂直な面内に、空孔群２４が分布
形成されている。さらに、この空孔群２４が分布形成さ
れた面は、圧電振動子２１の円筒径の面においてその厚
さＥの１／３以下のピッチＰで複数箇所に形成されてい
る。このような空孔群２４は、圧電振動子２１のヤング
率等を低下させて、厚さＥ方向以外の共振モードの結合
を小さくする働きがある。そのため、内面電極２２及び
外面電極２３に高電圧を印加すると、圧電振動子２１
が、厚さＥ方向に分極された円環形状で厚み振動を行
い、円筒波Ｚを放射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中音響や医療等に用
いられ、円環形状や円筒形状等をした圧電セラミックス
材で形成された、円筒波等を送受波するための超音波振
動子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献１：実公昭５６−１００７７号公報 文献２：フェロエレクトリック(Ferroelectrics)、49(19
83)Gorgon and Breach,Science Publichers(米)HIKITA
等"PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF THE POROUS PZT AND
THE POROUS PZT COMPOSITE WITH SILICONE RUBBER"p.26
5-272 文献３：強誘電体応用会議講演予稿集２７−Ａ−３（１
９９２）宮田等「多孔質圧電セラミックスの高周波トラ
ンスジューサへの応用検討」Ｐ．５−６ 文献１には、圧電振動子を用いた超音波振動子の技術が
記載されている。文献２には、種々の圧電セラミックス
材料の技術が記載されている。また、文献３には、多孔
質圧電セラミックスを用いた高周波トランスジューサの
技術が記載されている。

【０００３】図２は、前記文献１に記載された従来の１
チャンネル用超音波振動子の斜視図である。この超音波
振動子は、１チャンネル分の高さＨを有する円環状の圧
電セラミックスからなる圧電振動子１を備えている。こ
の１チャンネル分の圧電振動子１の高さＨは、その厚さ
Ｄの１／３よりも小さい。圧電振動子１の内周面には、
内面電極２が形成され、さらにその圧電振動子１の外周
面に、外面電極３が形成されている。圧電振動子１の外
周面には、その厚さＤ方向に、該厚さＤの３／４以上の
深さに複数の縦溝４がＤ／３以下の間隔（ピッチ）Ｐで
機械加工されている。内面電極２には図示しないリード
線が接続されると共に、分割された複数の外面電極３が
図示しないリード線によって共通に接続され、それらの
全体が樹脂モールド等によって防水処理されている。な
お、図２中のｙは、超音波振動子における縦方向の指向
性（垂直指向性）を示している。以上の構成において、
例えば、水中で円筒波を送波する場合、内面電極２と複
数の外面電極３との間に高電圧を印加する。すると、圧
電振動子１内に残留分極と残留歪とが生じて振動する。
これにより、超音波振動子から円筒波が放射（送波）さ
れる。又、水中で円筒波を受波する場合、その円筒波が
圧電振動子１で電気信号に変換され、該電気信号が内面
電極２と複数の外面電極３から出力される。この種の円
筒波を送受波する円環状の圧電振動子１は、基本共振を
厚み共振とすると、呼吸振動モードで利用する圧電振動
子とは異なり、送波感度が大きく、低入出力インピーダ
ンスにするため、円周直径を大きくすることができる利
点がある。しかし、一般的に水中音響や医療用超音波に
用いる圧電セラミックスであるＰＺＴは、厚さＤ方向以
外の振動も生じる。そのため、ＰＺＴで形成された圧電
振動子１で円筒波を送受波するためには、その厚さＤ方
向に、該厚さＤの３／４以上の深さで、かつＤ／３以下
のピッチＰで縦溝４を形成する必要がある。

【０００４】図３は、前記文献１に記載された従来の他
の多チャンネル用超音波振動子の斜視図である。この超
音波振動子は、水平指向性及び垂直指向性共に制御可能
で、１次元的にその音波ビームを走査できる素子であ
り、圧電セラミックスからなる円筒状の圧電振動子１１
を有している。圧電振動子１１の内周面には内面電極１
２が形成されると共に、その外周面にも外面電極１３が
形成されている。圧電振動子１１の外周面には、その厚
さＤの３／４以上の深さで、縦方向に複数の縦溝１４が
機械加工されると共に、複数のチャンネルを形成するた
めに横方向に円環状の複数の横溝１５が機械加工されて
いる。内面電極１２には、図示しないリード線が接続さ
れている。横溝１５によって各チャンネル毎に分けられ
た外面電極１３は、そのチャンネル内の縦溝１４によっ
て複数の電極に分割されているので、それらの分割され
た電極には、図示しないリード線が共通接続されてい
る。そして、この超音波振動子の全体が樹脂モールド等
で防水処理されている。この超音波振動子では、横溝１
５によって分割された各チャンネル毎の圧電振動子１１
が、図２の圧電振動子１と同様の動作を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波振動子では、次のような課題があった。円環状あ
るいは円筒状の圧電セラミックスを用いた圧電振動子
１，１１は、基本共振を厚み共振とする厚み共振モード
で用いる場合、該圧電セラミックスが厚み振動以外の振
動も生じる。そこで、圧電振動子１，１１の外周面に、
その厚さＤ方向に該厚さＤの３／４以上の深さの縦溝
４，１４や円環状の横溝１５を機械加工して厚さＤ以外
の共振の結合を小さくしている。即ち、図２の圧電振動
子１では、Ｐ＜Ｄ／３、Ｈ＜Ｄ／３のような関係があ
る。縦溝４は、Ｐ＜Ｄ／３になるような数だけ入れる必
要がある。高さはＨ＜Ｄ／３であれば問題は生じない
が、垂直指向性ｙを鋭くしたい場合、Ｈ≧Ｄ／３となる
場合も生じる。この場合は、図３のように横溝１５を入
れる必要がある。当然、この横溝の深さはＤ・３／４以
上で、ピッチがＤ／３以下である必要がある。この場合
も、図２のチャンネル内に横溝が入ったことになる。つ
まり、チャンネルサイズとは別に、縦溝と横溝はＰ＜Ｄ
／３、Ｈ＜Ｄ／３となるように入れる必要がある。圧電
振動子１，１１をどんなに小さく作っても、円環あるい
は円筒の外周の長さがＤ／３より小さくなることがあり
えないので、いずれにしても縦溝４，１４は必須であ
る。横溝に関しては、図２のようにＨ＜Ｄ／３であれ
ば、不要である。このように、従来の超音波振動子で
は、圧電振動子１，１１に溝加工しているので、該圧電
振動子１，１１が割れやすく、製造の歩留まりが低く、
さらに溝加工によるコスト上昇という問題がある。その
上、チャンネル内に縦溝４，１４の機械加工が入るた
め、分割された外面電極３，１３をリード線で共通接続
する必要があり、配線構造が複雑になるという問題もあ
る。本発明は、これらの従来技術の課題を解決し、溝加
工を必要としない、円筒波等を送受波するための超音波
振動子とその製造方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、円筒波等を送受波するための超音波
振動子において、均一な曲面の内周面及び外周面を有す
る円筒形状の全体又は一部からなる圧電振動子と、前記
圧電振動子の内周面に形成された内面電極と、前記内面
電極に対向して前記圧電振動子の外周面に形成された外
面電極とを備えている。そして、前記圧電振動子は、そ
の円筒径方向であってその円筒軸方向に垂直な面内に、
空孔群が分布形成された圧電セラミックス材で構成して
いる。第２の発明では、第１の発明の超音波振動子にお
いて、前記空孔群が分布形成された面が、前記圧電振動
子の円筒径の面においてその肉厚寸法の１／３以下のピ
ッチで複数箇所に形成されている。第３の発明では、円
筒波等を送受波するための超音波振動子の製造方法にお
いて、圧電振動子形成工程と焼成工程と電極形成工程と
を順に施すようにしている。

【０００７】ここで、圧電振動子形成工程では、加熱に
よって焼失する粒子を所定の混合比で圧電セラミックス
材に混入した第１のグリーンシート材と、前記粒子を混
入しない圧電セラミックス材からなる第２のグリーンシ
ート材とを用い、円筒の径方向であってその円筒軸方向
に垂直な面内に前記第１のグリーンシート材が位置し、
かつその円筒径の面においてその肉厚寸法の１／３以下
の間隔で前記第１のグリーンシート材が配置されるよう
に、均一な曲面の内周面及び外周面を有する円筒形状の
全体又は一部からなる圧電振動子を形成する。次に、焼
成工程では、所定の温度で前記圧電振動子を仮焼成して
前記粒子を焼失させて空孔を形成した後、その圧電振動
子を前記所定の温度よりも高温で本焼成する。その後、
電極形成工程では、前記焼成された圧電振動子の内周面
に内面電極を形成すると共に、その内面電極に対向して
該圧電振動子の外周面に外面電極を形成する。

【０００８】

【作用】第１及び第２の発明によれば、以上のように超
音波振動子を構成したので、圧電振動子内の所定箇所に
分布形成された空孔群は、該圧電振動子のヤング率等を
低下させて厚さ方向以外の共振モードの結合を小さくす
る働きがある。そのため、圧電振動子は、厚さ方向に分
極された円環形状あるいは円筒形状等で厚み振動をする
ので、空間全体等に対する円筒波等の送受波が行える。
第３の発明によれば、第１のグリーンシート材と第２の
グリーンシート材とを用いて円筒形状の全体又は一部か
らなる圧電振動子を形成した後、仮焼成すれば、その第
１のグリーンシート材内の多数の粒子が焼失し、多数の
空孔が形成される。この空孔は、圧電振動子のヤング率
等を低下させて厚さ方向以外の共振モードの結合を小さ
くする働きがある。仮焼成によって空孔を形成した後、
高温で本焼成すれば、機械的強度の高い圧電セラミック
ス材からなる圧電振動子が形成される。従って、前記課
題を解決できるのである。

【０００９】

【実施例】第１の実施例 図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例を示す１チ
ャンネル用超音波振動子の構成図であり、同図（ａ）は
斜視図、及び同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ１−Ａ２線縦
断面の斜視図である。この超音波振動子は、水中音響や
医療等に用いられるものであり、厚さＥの円環状の圧電
振動子２１を有し、その均一な曲面の内周面に、内面電
極２２が蒸着等で形成され、さらにその均一な曲面の外
周面に、外面電極２３が蒸着等で形成されている。円環
状の圧電振動子２１は、例えばＰＺＴ系の圧電セラミッ
クス材で形成されており、その円筒径方向であってその
円筒軸方向に垂直な面内に、多数の空孔２４ａからなる
空孔群２４が分布形成されている。この空孔群２４が分
布形成された面は、圧電振動子２１の円筒径の面におい
てその厚さＥの１／３以下のピッチＰで複数箇所に形成
されている。空孔群２４における各空孔２４ａの平均球
径は、例えば２００μｍ程度である。この空孔群２４が
形成されていない圧電材箇所の空孔率は０％である。な
お、図１の（ａ）中のＺは、円筒波である。図示しない
が、内面電極２２と外面電極２３には、リード線が接続
され、さらに、超音波振動子の全体が、樹脂モールド等
で防水処理が施されている。図４は、図１の超音波振動
子の製造方法を説明するための図である。以下、図４を
参照しつつ、図１の超音波振動子の製造方法例を説明す
る。図１の超音波振動子は、例えば、次のような（１）
〜（３）の工程を経て製造される。

【００１０】（１） 圧電振動子形成工程 図４に示すように、加熱によって焼失する粒子（例え
ば、平均球径２００μｍ程度のカーボン粒子等）を所定
の混合比で混入したＰＺＴ系の圧電セラミックスの原料
粉末を水又は適当な溶剤（例えば、有機溶剤等）に混ぜ
た第１のグリーンシート材２１ａを、所定のピッチＰで
円環状に配置する。粒子２４ｂを混入しないＰＺＴ系の
圧電セラミックスの原料粉末を水又は適当な溶剤（例え
ば、有機溶剤等）に混ぜた第２のグリーンシート材２１
ｂを、各第１のグリーンシート材２１ａ間に円環状に配
置し、薄い円環状のフィルム（又は板）状にして乾燥さ
せたグリーンシート２１ｃを複数枚製造する。これら複
数枚のグリーンシート２１ｃを積層する。この際、各グ
リーンシート２１ｃにおける第１のグリーンシート材２
１ａが相互に重なるように、各グリーンシート２１ｃを
重ね合わせる。そして、積層した複数枚のグリーンシー
ト２１ｃをプレス等で加圧し、セラミックスの固まりか
らなる円環状の圧電振動子２１を形成する。

【００１１】（２） 焼成工程 粒子２４ｂが焼失するような所定の条件（例えば、加熱
温度７００〜８００゜Ｃ程度）で、圧電振動子２１を仮
焼成し、該粒子２４ｂを焼失させて多数の空孔２４ａか
らなる空孔群２４を形成する。その後、圧電振動子２１
を例えば１０００゜Ｃ以上で本焼成する。このような複
数枚のグリーンシート２１ｃを重ね合わせ、プレス等で
加圧した後、焼成して圧電振動子２１を製造するグリー
ンシート法は、焼成のための金型を特に必要としない、
セラミックスの一般的な製造方法である。

【００１２】（３） 電極形成工程等 円環状の圧電振動子２１の内周面に、蒸着等で内面電極
２２を形成し、さらにその外周面に、蒸着等で外面電極
２３を形成する。その後、内面電極２２と外面電極２３
にリード線を接続し、超音波振動子の全体を樹脂モール
ド等で防水処理を施せば、図１の超音波振動子の製造が
終了する。このようにして製造された超音波振動子を用
いて、例えば水中で円筒波Ｚを送波する場合、図示しな
いリード線を介して内面電極２２と外面電極２３との間
に高電圧を印加する。すると、圧電振動子２１内に残留
分極と残留歪とが生じる。前記文献３に記載されている
ように、多数の空孔を形成した多孔質圧電セラミックス
と、空孔率０％の圧電セラミックスとを比較した場合、
密度、比誘電率、ヤング率、圧電定数、及び電気機械結
合係数のいずれもが、空孔率０％の圧電セラミックスよ
りも多孔質圧電セラミックスの方が小さな値になり、送
受波時共に共振感度が低下する。このようなことから、
この第１の実施例では、従来の図２の縦溝４に対応する
箇所に、空孔群２４を設け、振動子２１の厚さＥ方向以
外の共振モードの結合を小さくしている。そのため、高
電圧が印加された圧電振動子２１は、厚さＥ方向に分極
された円環形状で厚み振動を行い、円筒波Ｚを放射す
る。また、外部からの円筒波Ｚを受波する場合、その円
筒波Ｚが圧電振動子２１で電気信号に変換され、その変
換された電気信号が内面電極２２及び外面電極２３か
ら、図示しないリード線を介して出力される。以上のよ
うに、この第１の実施例では、圧電振動子２１の円筒径
方向であってその円筒軸方向に垂直な面内で、かつその
円筒径の面においてその厚さＥの１／３以下のピッチＰ
で、複数箇所に空孔群２４を分布形成したので、圧電振
動子２１の厚さＥ方向以外の共振モードの結合が小さく
なり、その厚さＥ方向に分極された円環形状で厚み振動
を行わせることができる。そのため、次の（ａ）〜
（ｄ）のような効果がある。

【００１３】（ａ） 従来のような溝加工なしに円環状
の圧電振動子２１によって円筒波Ｚを送受波することが
できる。そのため、従来のような溝加工による圧電振動
子２１の割れを防止できると共に、水圧による該圧電振
動子２１の割れも防止でき、機械的強度を向上できる。 （ｂ） 圧電振動子２１には溝加工が不要のため、従来
のような溝加工による製造歩留まりの低下や、コストの
上昇を防止できる。 （ｃ） 従来のように円環状の圧電振動子２１における
チャンネル内に縦溝の機械加工が不要のため、その縦溝
によって分割される外面電極２３を相互に接続する必要
がない。そのため、配線構造が簡単になる。 （ｄ）図４の超音波振動子の製造方法では、複数枚のグ
リーンシート２１ｃを積層した後にプレス等で加圧し、
それを仮焼成することによって粒子２４ｂを焼失させる
ので、圧電振動子２１の所定箇所に、空孔群２４を簡単
かつ的確に形成できる。その後、圧電振動子２１を本焼
成するので、機械的強度の大きな超音波振動子を製造で
きる。

【００１４】第２の実施例 図５は本発明の第２の実施例を示すもので、図１の超音
波振動子の他の製造方法の説明図である。この超音波振
動子の製造方法では、カーボン粒子等の粒子２４ｂを所
定の混合比で混入したＰＺＴ系の圧電セラミックスの原
料粉末を、水又は適当な溶剤（例えば、有機溶剤等）に
混ぜ、扇形のフィルム（又は板）状にして乾燥させた第
１のグリーンシート材２１Ｄを複数枚製造する。さら
に、粒子２４ｂを混入しないＰＺＴ系の圧電セラミック
スの原料粉末を水又は適当な溶剤に混ぜ、扇形のフィル
ム（又は板）状にして乾燥させた第２のグリーンシート
材２１ｅを複数枚製造する。複数枚の第１のグリーンシ
ート材２１ｄ及び第２のグリーンシート材２１ｅを用
い、該第１のグリーンシート材２１ｄが所定のピッチＰ
となるように、それらの第１のグリーンシート材２１ｄ
及び第２のグリーンシート材２１ｅを円筒状に重ね合わ
せ、プレス等で加圧してセラミックスの固まりからなる
圧電振動子２１を形成する。次に、図４の製造方法と同
様に、圧電振動子２１を仮焼成して粒子２４ｂを焼失さ
せ、多数の空孔２４ａからなる空孔群２４を所定位置に
形成した後、本焼成する。その後、図４の製造方法と同
様の電極形成工程等を施せば、超音波振動子の製造工程
が終了する。この第２の実施例では、次の（ｉ），（i
i）のような効果がある。

【００１５】（ｉ） この第２の実施例の超音波振動子
の製造方法では、粒子２４ｂの混入した第１のグリーン
シート材２１ｄと、粒子２４ｂを混入しない第２のグリ
ーンシート材２１ｅとを用い、それらを重ね合わせて圧
電振動子２１を形成するようにしているので、図４の製
造方法と同様に、空孔群２４を所定位置に簡単かつ的確
に形成できるという効果がある。 （ii） 図４の製造方法では、第１のグリーンシート材
２１ａと第２のグリーンシート材２１ｂとからなるグリ
ーンシート２１ｃを、複数枚積層して圧電振動子２１を
形成している。そのため、グリーンシート２１ｃの製造
が多少煩雑になるおそれがある。これに対し、この第２
の実施例では、第１のグリーンシート材２１ｄと第２の
グリーンシート材２１ｅとを、円環状に重ね合わせて圧
電振動子２１を形成しているので、図４の製造工程より
も簡単になる。

【００１６】第３の実施例 図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施例を示す多
チャンネル用超音波振動子の構成図であり、同図（ａ）
は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ１−Ｂ２線縦断
面の斜視図、及び同図（ｃ）は同図（ａ）のＣ１−Ｃ２
線横断面の斜視図である。この超音波振動子は、水平指
向性及び垂直指向性共に制御可能で、１次元的に音波ビ
ームを走査可能にした素子であり、厚さＥの円筒状の圧
電振動子３１を有している。円筒状の圧電振動子３１
は、第１の実施例と同様にＰＺＴ系の圧電セラミックス
で形成され、その均一な曲面の全内周面には、蒸着等に
よって内面電極３２が形成されている。圧電振動子３１
の均一な曲面の全外周面には、チャンネル毎に分割され
た複数の円環状の外面電極３３_１〜３３_ｎが、蒸着等に
よって形成されている。即ち、これらの複数の外面電極
３３_１〜３３_ｎは、円環状の横溝３４によってチャンネ
ル毎に分割されている。円筒状の圧電振動子３１内に
は、第１の実施例と同様に、多数の空孔３５ａからなる
空孔群３５が形成されている。空孔群３５は、円筒径方
向であってその円筒軸方向に垂直な面内に位置し、かつ
その円筒径の面においてその厚さＥの１／３以下のピッ
チＰで配置形成されている。

【００１７】図６（ｃ）は、図６（ａ）の外面電極３３
_１〜３３_ｎのない横溝３４の位置における横断面を示す
図である。この図６（ｃ）に示すように、各横溝３４の
箇所の円筒径の面にも、多数の空孔３５ａからなる空孔
群３５が形成されている。また、図示しないが、内面電
極３２と複数の外面電極３３_１〜３３_ｎとには、リード
線が接続され、それらの全体が樹脂モールド等で防水処
理が施されている。このような構成の超音波振動子は、
例えば、次のようにして製造される。図４あるいは図５
に示すような製造方法により、円筒状の圧電振動子３１
を形成する。円筒状の圧電振動子３１の均一な曲面の全
内周面に、蒸着等によって内面電極３２を形成する。さ
らに、圧電振動子３１の外周面に、スクリーン印刷等に
よって電極膜を被着した後、その電極膜の円環状の横溝
３４部分をホトリソエッチング等で除去し、複数に分割
された外面電極３３_１〜３３_ｎを形成する。その後、内
面電極３２と複数の外面電極３３_１〜３３_ｎとに、リー
ド線を接続し、それらの全体を樹脂モールド等で防水処
理を施せば、超音波振動子の製造が終了する。このよう
にして製造された超音波振動子では、従来の図３の縦溝
１４と横溝１５に対応する箇所に、空孔群３５が形成さ
れているので、厚さＥ方向以外の共振モードの結合が小
さい。そのため、内面電極３２と各外面電極３３_１〜３
３_ｎとの間に高電圧を印加すると、圧電振動子３１がそ
の厚さＥ方向に分極された円環形状で厚み振動する。こ
の厚み振動により、各チャンネル毎の円筒波が順次放射
されていく。また、外部からの円筒波は、対向する内面
電極３２と各外面電極３３_１〜３３_ｎとの間のチャンネ
ル毎の圧電振動子部分で、電気信号に変換され、その電
気信号が図示しないリード線を介して順次出力されてい
く。以上のように、この第３の実施例では、円筒状の圧
電振動子３１の円筒径方向であってその円筒軸方向に垂
直な面内に位置し、かつその円筒径の面においてその厚
さＥの１／３以下のピッチＰで空孔群３５を配置形成し
たので、厚さＥ方向以外の共振モードの結合が小さくな
る。そのため、前記第１の実施例の効果（ａ）〜（ｄ）
とほぼ同様の効果を有する他に、次のような効果（ｅ）
もある。

【００１８】（ｅ） 各横溝３４箇所の円筒径の面に、
空孔群３５が形成されているので、厚さＥ方向以外の共
振モードの結合が小さく、その厚さＥ方向に分極された
円環形状で厚み振動をする。そのため、従来の図３のよ
うに厚さＤの３／４以上の深さの円環状の横溝１５の機
械加工をしなくとも、複数の円環状の横溝３４によって
外面電極を複数の外面電極３３_１〜３３_ｎに分割し、そ
の各横溝３４箇所に空孔群３５を形成するだけで、隣接
するチャンネルに影響を与えることなく、１次元的に音
波ビームを精度良く走査できる。しかも、分割された外
面電極３３_１〜３３_ｎは、例えば、電極形成時のスクリ
ーン印刷、及び電極形成後のホトリソエッチング等によ
って簡単に形成できる。従って、円筒状の圧電振動子３
１の機械的強度が大きく、製造歩留まりが高く、さらに
製造が容易で、その製造コストを低減できるという効果
が期待できる。なお、本発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例
えば次の（１）〜（４）のようなものがある。

【００１９】（１） 図１では円環状の超音波振動子、
及び図６では円筒状の超音波振動子の構造について説明
したが、これらの形状に限定されない。例えば、図１の
円環状の超音波振動子において、その一部の円弧状の超
音波振動子形状にしてもよい。このような円弧状の超音
波振動子では、ある特定の方向に対する円筒波を送受波
する働きがある。このような形状にすれば、圧電材料を
削減できる。同様に、図６の円筒状の超音波振動子にお
いて、その一部を円弧状に縦方向に切断したような超音
波振動子形状にしても、前記と同様の作用、効果が得ら
れる。 （２） 図６では、外面電極３３_１〜３３_ｎを横溝３４
によって分割構造にしたが、その外面電極３３_１〜３３
_ｎを分割せずに、内面電極３２を横溝によって分割する
構造にしても、図６と同様の作用、効果が得られる。ま
た、図１の円環状の圧電振動子２１の内周面及び外周面
の一部に、内面電極及び外面電極をそれぞれ形成し、あ
る特定の方向に対して円筒波を送受波する構造にしても
よい。同様に、図６の円筒状の圧電振動子３１の内周面
及び外周面の一部に、内面電極及び外面電極を形成し、
ある特定の方向に対して円筒波を送受波する構造にして
もよい。

【００２０】（３） 円環状の圧電振動子２１、あるい
は円筒状の圧電振動子３１は、図４や図５以外の方法で
製造してもよい。例えば、図４では、円環状のグリーン
シート３１ｃを複数枚用意しておき、それらを積層した
後にプレス等で加圧することにより、圧電振動子２１を
製造しているが、複数枚の円板形のグリーンシートを積
層した後、その中心部分に円形の穴を開けるようにして
もよい。同様に、図５では、扇形の第１のグリーンシー
ト材２１ｄと、扇形の第２のグリーンシート材２１ｅと
を、円筒状に重ね合わせてプレス等で加圧して圧電振動
子３１を形成しているが、複数のグリーンシート材を円
柱状に重ね合わせた後、それらの中心部分に円形の穴を
開けるようにしてもよい。 （４）上記実施例では、圧電振動子２１，３１を、ＰＺ
Ｔ系の圧電セラミックス材を用いて形成したが、空孔群
２４，３５の形成可能な圧電材料であれば、前記文献２
に記載されているようなＰｂＴｉＯ_３系、Ｐｂ_２ＮｂＯ
_６系、ＢａＴｉＯ_３系等の種々の圧電セラミックス材を
用いることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１及び第
２の発明によれば、円筒形状の全体又は一部からなる圧
電振動子と、その内周面と外周面にそれぞれ形成された
内面電極及び外面電極とを備え、該圧電振動子を、所定
箇所に空孔群が分布形成された圧電セラミックス材で構
成したので、その空孔群によって厚さ方向以外の共振モ
ードの結合が小さく、前記内面電極及び前記外面電極に
よって厚さ方向に分極された円環形状で厚み振動をさせ
ることができる。そのため、次の（ａ）〜（ｄ）のよう
な効果がある。

【００２２】（ａ） 従来のように圧電振動子に溝加工
する必要がなく、円筒波を送受波することができる。そ
のため、従来のような溝加工による圧電振動子の割れ
や、水圧等による該圧電振動子の割れを防止でき、機械
的強度を向上できる。 （ｂ） 従来のように圧電振動子に溝加工する必要がな
いので、溝加工による製造歩留まりの低下や、コスト上
昇を防止できる。 （ｃ） チャンネル内に従来のような縦溝や横溝の溝加
工が入らないため、その縦溝あるいは横溝によって分割
された電極を接続する必要がなく、配線構造が簡単にな
る。 （ｄ） 従来のような横溝の溝加工を行うことなく、チ
ャンネル毎に電極を分割し、その分割箇所の円筒径の面
に空孔群を形成すれば、厚さ方向に分極された円環形状
で厚み振動をするので、隣接するチャンネルに影響を与
えることなく、精度良く、１次元的に音波ビームの走査
が行える。 第３の発明によれば、第１及び第２のグリーンシート材
を用いて円筒形状の全体又は一部からなる圧電振動子を
形成した後、仮焼成して前記第１のグリーンシート材内
の粒子を焼失させて空孔を形成した後、本焼成するよう
にしたので、多数の空孔からなる空孔群を、圧電振動子
内の所定箇所に、簡単かつ的確に形成できる。従って、
超音波振動子の製造工程の簡単化と、それによる製造コ
ストの低減化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す１チャンネル用超
音波振動子の構成図である。

【図２】従来の１チャンネル用超音波振動子の斜視図で
ある。

【図３】従来の他の多チャンネル用超音波振動子の斜視
図である。

【図４】図１の超音波振動子における製造方法の説明図
である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す超音波振動子の製
造方法の説明図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す多チャンネル用超
音波振動子の構成図である。

【符号の説明】 ２１，３１ 圧電振動子 ２１ａ，２１ｄ 第１のグリーンシート材 ２１ｃ グリーンシート ２１ｂ，２１ｅ 第２のグリーンシート材 ２２，３２ 内面電極 ２３，３３_１〜３３_ｎ 外面電極 ２４，３５ 空孔群 ２４ａ，３５ａ 空孔 ３４ 横溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 均一な曲面の内周面及び外周面を有する
   円筒形状の全体又は一部からなる圧電振動子と、 前記圧電振動子の内周面に形成された内面電極と、 前記内面電極に対向して前記圧電振動子の外周面に形成
   された外面電極とを備え、 前記圧電振動子は、その円筒径方向であってその円筒軸
   方向に垂直な面内に、空孔群が分布形成された圧電セラ
   ミックス材で構成したことを特徴とする超音波振動子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波振動子において、 前記空孔群が分布形成された面は、前記圧電振動子の円
   筒径の面においてその肉厚寸法の１／３以下の間隔で複
   数箇所に形成されている超音波振動子。
3. 【請求項３】 加熱によって焼失する粒子を所定の混合
   比で圧電セラミックス材に混入した第１のグリーンシー
   ト材と、前記粒子を混入しない圧電セラミックス材から
   なる第２のグリーンシート材とを用い、円筒の径方向で
   あってその円筒軸方向に垂直な面内に前記第１のグリー
   ンシート材が位置し、かつその円筒径の面においてその
   肉厚寸法の１／３以下の間隔で前記第１のグリーンシー
   ト材が配置されるように、均一な曲面の内周面及び外周
   面を有する円筒形状の全体又は一部からなる圧電振動子
   を形成する圧電振動子形成工程と、 所定の温度で前記圧電振動子を仮焼成して前記粒子を焼
   失させて空孔を形成した後、その圧電振動子を前記所定
   の温度よりも高温で本焼成する焼成工程と、 前記焼成された圧電振動子の内周面に内面電極を形成す
   ると共に、その内面電極に対向して該圧電振動子の外周
   面に外面電極を形成する電極形成工程とを、 順に施すことを特徴とする超音波振動子の製造方法。