JPS6148299A - 超音波探触子の製造方法 - Google Patents

超音波探触子の製造方法

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JPS6148299A
JPS6148299A JP59169527A JP16952784A JPS6148299A JP S6148299 A JPS6148299 A JP S6148299A JP 59169527 A JP59169527 A JP 59169527A JP 16952784 A JP16952784 A JP 16952784A JP S6148299 A JPS6148299 A JP S6148299A
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JP
Japan
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electrodes
piezoelectric vibrator
polarization
depolarization
electrode
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Application number
JP59169527A
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English (en)
Inventor
Hideo Adachi
日出夫 安達
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6148299A publication Critical patent/JPS6148299A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/0681Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a damping structure
    • B06B1/0685Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a damping structure on the back only of piezoelectric elements

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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野] 本発明はファンデルポー型の分極分布を有する圧電振動
子を用いた超音波探触子の製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題廓〕
従来、周波数特性が広帯域で、短パルスにも良好な応答
を示す超音波探触子として、分極方向に分極分布を与え
たファンデルボー(Van der Pauw)型の圧
電振動子を用いたものが知られている。
その−例として、例えば第3図に示す様に、板状の圧電
素子21の一方の面にストライプ状の電極22a 、 
22b 、 22a 、 22b 、 ・=・・をすだ
れ状に設け、これら電極22a 、 22b 、・・曲
の1つおき、っまり22a 、 22a 、−=−・・
と、22b 、 22b 、 、、、、、、とに電源2
3から異る極性の電圧を印加することによって、破線で
示す分極線24を有する1、つまり厚み方向に分極が一
定とならないファンデルボー型分極分゛布を得るという
ものである。この様な分極分布を形成した圧電振動子は
、その周波V特性にサイドロープがない広帯域なものと
なり、単一パルスに対し、良好なインパルス応答が得ら
れ、超音波探触子に適するものである。しかしながら、
月下の様な欠点を有していた。即ち、 1、超音波探触子として利用するのは厚み方向の縦振動
であり、上記の様に1つおきに異る極性の電圧を印加す
るため、隣り合う電極間で横方向の分極状態も現れてし
まい、この不要振動の励起のために効率が低下する。
2、隣り合うストライプ状電極間距離が短かすぎると、
電極開放′市が生じ、ストライプ状電極間距離を短くす
るに対し、限界がある。
〔発明の目的〕
本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、不要
振動の励振を除去して効率を高めることを可能にすると
共に1フアンデルボ一型分極分布を画成するだめの電極
間距離に対する制限を解消し゛た超音波探触子の製造方
法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
板状の圧電素子の厚み方向に分極さ姦た後、裏面に沿う
側に交流電圧を印加して厚みと垂直方向となる横方向に
交流減極を行って表、面1111 Kのみ厚み方向の分
極を、有する圧電振動子を形成して、従来例におけるす
だれ状の電極の形成を必要とせず、広帯域で使用でき、
目、つ横方向の振動を励起することなく、効率が良い超
音波探触子を実現している。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。
第1図は本発明の第1実施例の製造方法における各工程
の装置及びその工程での形成物を示す。
第11ffi(a)に示すように、PZT等からなる平
板状O圧電セラミックス1の両板面に焼付銀又は蒸= 
3− 着金等を付与して両電極2a 、2bを形成する。しか
して、この両電極2a、2b間に、1w+の厚み当り、
例えば3kV  となる直流電界を直流電諒3によって
、例えば約30分印加し、圧電セラミックス1を厚み方
向に分極させる分極処理する。尚、第1図(a) にお
いて符号4a、4bは各電極2a、2bに導通する端子
部分を示す。
1記分極処理によって、圧電セラミックスlは、第1し
1(b)の矢印で示すように厚み方向(及びこれと垂直
な水平方向各部で)に対し、分極分布が厚み方向を向い
て一定になる分極が形成される。次に、上記両電極2a
、2bを硝酸等の溶剤等を用いて除去し、次に第1図(
C)に示すように、圧電セラミックスlの超音波を送受
する側を表C図では上面が’$e)とする場合における
裏側に近接する両側面の一部に減極(処理)用電極5a
、5bを設け、該電極5a、5bに(圧接等して)それ
ぞれ導通する導通端子6a、6bを介して、例えば50
Hzの交流電源7に接続し翫交流電圧を印加する。この
印加された交流電圧を徐々に上昇させ、その電圧値が圧
電セラミックス1の抗電界以上になる様に印加電圧をの
を側面方向に配向(実際にはヒステリシスを描いている
状態である)させると共に、徐々に印加電圧を下げるこ
とによって、上記印加電圧によるヒステリシスループを
次第に小さくして側面方向に向いた分極が(理想的KF
i)Oとなる状態、つまり分極されない状態になるよう
交流減極処理する。尚、上記交流減極処理の際、圧電セ
ラミックス1を加熱することによって、分極反転を容易
にできることになり、減極効果が加速される。この加熱
減極は、特にノ・−ド系圧電材料に対して有効である。
上記交流減極処理を行った圧電セラミックス1極されて
いる部分(分極部)が保持される。而して、次に減極用
電極5a、5bを硝酸等の溶剤で除去し、表裏の各面全
域に再び電極9a、9bを形成するととによって、第1
図(e)に示すように厚み方向に対して分極部と分極さ
れない部分8とが形成されたファンデルポー型の分極分
布を有するものとなり、超音波探触子に適した圧電振動
子となる。
つまり、上記第1図(e)に示すファンデルボー型の圧
電振動子の表の面側に音響整合層を接着剤等で形成し、
−大塵面側にはダンピング層を接着剤等で形成し、上記
音響整合層の上にさらに音響レンズを形成する等、通常
の製造プロセスで超音波探触子を製造できる。このよう
にして製造された超音波探触子は、通常の超音波探触子
と同様な駆動回路で駆動できる。又、横方向には従来例
のような分極が形成されていないので、この方向に振動
励起が生じてエネルギーロスが生じることもなく、高い
変換効率を得ることができる。
次に本発明の第2実施例について述べる。
この第2実施例は、第1の工程、つ″!シ厚み方向に分
極を形成する工程は上記第1実施例と同様である。つま
り、第1図(a)に示す分極処理によって同図(b)に
示すように分極された圧電セラミックス1を得る。
次に、第2図(a)に示すように、対向する各側面に近
接する部分の裏面に減極用電極11a、llbを設け、
導通端子12a、12bを経て交流電源7の交流電圧を
印加して前述のように減極処理する。この工程によって
、第1図(d)と同様に、裏面に近接する側に分極され
ない部分13が形成された第2図(b)に示す圧電セラ
ミックス1を得る。
次に上記電極11a、llbを除去して、表裏の各面金
域に電極を形成することによって、第1図(e)に示す
ようなファンデルポー型の分極分布を有する圧電振動子
を製造できる。さらに超音波探触子を製造する工程は前
述と同様である。
上記第2実施例によれば、圧電セラミックス1の厚みが
薄い場合、例えば5j■Hz以上の周波数で用いられる
場合には板の厚みが0.5 tm以下となシ、上記第1
実施例のように減極用電極5a、5bを形成することが
雌しくなる場合にも、その厚みに関係することなく、形
成できるという利点を有する。
尚、上記詔2実施例において、減極処理した後の電極1
1a、llbを除去しないで、各板面に電極を形成して
も、昇面仙(にわずかに凹凸が生じるだけで実際上支障
のないファンデルボー型の分極分布を有する圧電振動子
を製造することができる。
尚、アレイ型超音波探触子を製造する場合には、上記減
極処理する工程において、減極用電極5a。
5b又は11a 、 ltbを設ける側面の一部又は裏
面の対向する2箇所は、アレイの切断面に対し、直角と
なる部分(両側面の一部又は裏面の対向する2箇所)に
形成し、アレイの切断面に沿った(厚み方向でなく)側
面方向に交流電界が印加さねるようにすると減極塵のア
レイ累子間のばらつきを少くできる。
尚、減極用の電極5 a J 5 b;] l& + 
11bとしては蒸着あるいは導電ペーストの塗布後(加
熱)乾燥等で形成したものに限らず、圧接させて形成し
たものでも良い。
尚、減極処理した際、裏面側を完全に分極されない部分
8、あるいは13にするものに限定されるものでなく、
分極が小さくされた、つまシ減極されて、表の而(Ml
jに形lJ2 #れた厚み方向を向く分極<iiiに比
べてかなりあるいは十分小さい値の澹極部であっても良
い。このように1−でも実際上は支障がない場合もある
1〜、製」告時間を短縮できることにもなる。
〔発明の幼果〕
以上述べたように本発明によれば、縁み方向に分極ζせ
た後、裏面11+11に近接する側部又は対向する側部
に近接する裏面に減極…τ(C極を設けて、裏面11t
lの分極を減極処理して厚み方向lrCファンデルボー
型の分極分布を有する圧電振動子を製造できるようにし
たので、簡単な工程で不要な励振を生じさせることのな
い効率の良い超音波探触子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の製造方法に係り、第1図
(a)は分離処理する工程を示すための説明M1第11
71(b)は同図(a)の工程で形成された圧電セラミ
ックスを示す正面図、第1図(c)は減極処理する工程
を示すための説明図、第1図(d)は、同IYI (e
)の工程で形成された圧電セラミックスを示す正面図、
車1図(e)は側面の電極を除去して、両面に電極を形
成し製造されたファンデルポー型の分極分布を有する圧
電振動子を示す正面図、給2図は本発明の第2実施例に
係り%第2図(a)は第2実施例における減極処理する
工程を示すための説明図、第211K (b)は、同図
(a)の工程で形成された圧電セラミックスを示す正面
図、第3図は従来例におけるファンデルボー型の分極分
布を形成する工程を示すための説明Mである。 】・・・圧電セラミックス、 2a、2b、9a、9b ・* 椿、 3・・・直流電源、 5a、5b、lla、llb (M極用)電極、7・・
・交流電源、 8.13・・・分極されない部分。 =11− 第1図 (M寸 CXJ     〜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)板の厚み方向に分極分布を有する圧電振動子を用
    いた超音波探触子の製造方法において、板状の圧電振動
    子の両板面に電極を設けて厚み方向に向いた分極を形成
    する工程と、次に前記電極を除去し、圧電振動子の対向
    する両側面における一方の板面に近接する一部又は一方
    の板面で、対向する両側面に近接する部分に減極用電極
    を設けて、該減極用電極に圧電振動子の抗電界以上の交
    流電圧を印加し、対向する減極用電極間部分ないしこれ
    を近接する部分の分極を減極する工程と、次に圧電振動
    子の両板面にのみ電極を形成する工程とで製造される圧
    電振動子を用いた超音波探触子の製造方法。
  2. (2)前記減極用電極は、アレイ型超音波探触子用の圧
    電振動子の場合には、アレイを形成するための切断面と
    平行となる側面方向に交流電界が向くように形成したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波探触
    子の製造方法。
  3. (3)前記減極する工程は、加熱しながら行うことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波探触子の製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0634227A2 (en) * 1993-07-15 1995-01-18 General Electric Company Broadband ultrasonic transducers and related method of manufacture
US5758397A (en) * 1995-05-31 1998-06-02 Nec Corporation Process for making piezoelectric ceramic transformer having large voltage step-up ratio
US6084334A (en) * 1997-10-29 2000-07-04 Canon Kabushiki Kaisha Driving apparatus for driving plurality of vibration type motors

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