JPS6410999B2 - - Google Patents
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- JPS6410999B2 JPS6410999B2 JP57051649A JP5164982A JPS6410999B2 JP S6410999 B2 JPS6410999 B2 JP S6410999B2 JP 57051649 A JP57051649 A JP 57051649A JP 5164982 A JP5164982 A JP 5164982A JP S6410999 B2 JPS6410999 B2 JP S6410999B2
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- JP
- Japan
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- electrodes
- piezoelectric
- polarization
- transducer
- impulse response
- Prior art date
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、フアン・デル・ポーブ型の分極分布
を有する圧電トランスデユーサの改良に関するも
のであり、このような圧電トランスデユーサは、
たとえば超音波診断装置の振動子などに用いられ
る。
を有する圧電トランスデユーサの改良に関するも
のであり、このような圧電トランスデユーサは、
たとえば超音波診断装置の振動子などに用いられ
る。
従来、周波数スペクトラムが広帯域で、かつ単
一パルスとなる良好なインパルス応答を有する圧
電トランスデユーサとしてフアン・デル・ポーブ
（Van der pauw）型の圧電トランスデユーサが
知られている。このものの一例としては、たとえ
ば第１図に示すように、一般にはストライプ状の
複数の電極１，１……１を圧電板２の片面に設
け、これらの電極１，１……１をひとつおきに導
線３，４で並列に接続し、この導線３，４により
隣り合う電極１，１……１間で信号の授受を行
い、圧電板２の片面からのみ信号のアクセスが行
えるようにしたものである。そして、圧電板２へ
の分極の付与は、この導線３，４間に電圧を印加
することにより行い、付与された分極の分布は、
電圧印加に際して圧電板２の内部に生ずる電界の
分布とほぼ等しくなり、第２図に示すように、電
極直下の分極の強さが圧電板の奥行き方向に徐々
に減少して零に収束するというフアン・デル・ポ
ーブ型の分極分布となる。そして、このような分
極分布は、その周波数特性に零点およびサイドロ
ープがない広帯域なものとなり、インパルス応答
は単一パルスの良好なものとなる。
一パルスとなる良好なインパルス応答を有する圧
電トランスデユーサとしてフアン・デル・ポーブ
（Van der pauw）型の圧電トランスデユーサが
知られている。このものの一例としては、たとえ
ば第１図に示すように、一般にはストライプ状の
複数の電極１，１……１を圧電板２の片面に設
け、これらの電極１，１……１をひとつおきに導
線３，４で並列に接続し、この導線３，４により
隣り合う電極１，１……１間で信号の授受を行
い、圧電板２の片面からのみ信号のアクセスが行
えるようにしたものである。そして、圧電板２へ
の分極の付与は、この導線３，４間に電圧を印加
することにより行い、付与された分極の分布は、
電圧印加に際して圧電板２の内部に生ずる電界の
分布とほぼ等しくなり、第２図に示すように、電
極直下の分極の強さが圧電板の奥行き方向に徐々
に減少して零に収束するというフアン・デル・ポ
ーブ型の分極分布となる。そして、このような分
極分布は、その周波数特性に零点およびサイドロ
ープがない広帯域なものとなり、インパルス応答
は単一パルスの良好なものとなる。
このフアン・デル・ポーブ型の圧電トランスデ
ユーサには次の欠点がある。すなわち、 役に立つ電気音響的結合は、電極直下で起こ
る垂直方向結合であるが、隣り合う電極間にも
役に立たない横方向結合を生じて、横方向不要
モードを発生させ、インパルス応答が悪くな
る。
ユーサには次の欠点がある。すなわち、 役に立つ電気音響的結合は、電極直下で起こ
る垂直方向結合であるが、隣り合う電極間にも
役に立たない横方向結合を生じて、横方向不要
モードを発生させ、インパルス応答が悪くな
る。
分極の付与に際して、圧電材料の圧電率d31
がd33に対して強すぎると横方向結合が大きく
なり、インパルス応答を損う。このため、圧電
性の異方性、すなわちd31等の横方向結合の強
いPZT（ジルコン酸チタン酸鉛：Pb（Zr、Ti）
O3）等の材料を採用することが難しい。
がd33に対して強すぎると横方向結合が大きく
なり、インパルス応答を損う。このため、圧電
性の異方性、すなわちd31等の横方向結合の強
いPZT（ジルコン酸チタン酸鉛：Pb（Zr、Ti）
O3）等の材料を採用することが難しい。
圧電材料への分極付与に際しては、実際的な
分極付与電圧の値として電極の間隔により決ま
る許容限界があつて十分に大きくできず、十分
な分極が付与できない。また、印加電圧を大き
くするためには電極間距離をあまり近づけるこ
とができないので、圧電材料の利用率が低くな
る。
分極付与電圧の値として電極の間隔により決ま
る許容限界があつて十分に大きくできず、十分
な分極が付与できない。また、印加電圧を大き
くするためには電極間距離をあまり近づけるこ
とができないので、圧電材料の利用率が低くな
る。
望ましくない電極間静電容量が大きいことな
とである。
とである。
本発明は、従来のフアン・デル・ポープ型圧電
トランスデユーサが有している上述の欠点を解決
し、電極間の横方向結合および静電容量を小さく
しながら、その分極分布がフアン・デル・ポーブ
型の分極分布となり、そのインパルス応答性が改
良され、圧電材料の利用率も向上させ、また、
PZT等の材料も用いることができるようにした
圧電トランスデユーサを提供することを目的とす
る。
トランスデユーサが有している上述の欠点を解決
し、電極間の横方向結合および静電容量を小さく
しながら、その分極分布がフアン・デル・ポーブ
型の分極分布となり、そのインパルス応答性が改
良され、圧電材料の利用率も向上させ、また、
PZT等の材料も用いることができるようにした
圧電トランスデユーサを提供することを目的とす
る。
本発明は、圧電材料に複数個の電極が形成さ
れ、この上記複数個の電極を互いに隔てる溝部が
上記圧電材料の面内に切り込んだ形状に形成され
た圧電トランスデユーサにおいて、 上記複数個の電極の相隣り合う電極または上記
複数個の電極を複数のグループに分割しこの分割
された複数のグループの相隣り合うグループの電
極に異なる極性の電位が印加された履歴によつて
上記圧電材料に分極が形成され、この分極の程度
が電極からみて上記溝より深い部分においては単
調に漸減することを特徴とする。
れ、この上記複数個の電極を互いに隔てる溝部が
上記圧電材料の面内に切り込んだ形状に形成され
た圧電トランスデユーサにおいて、 上記複数個の電極の相隣り合う電極または上記
複数個の電極を複数のグループに分割しこの分割
された複数のグループの相隣り合うグループの電
極に異なる極性の電位が印加された履歴によつて
上記圧電材料に分極が形成され、この分極の程度
が電極からみて上記溝より深い部分においては単
調に漸減することを特徴とする。
未分極状態の圧電材料にストライプ状の電極を
形成し、その電極間に溝が形成され、その相隣り
合う（複数の電極を一つのグループとする場合の
相隣り合うグループの電極間も同様である。）の
電極に異なる極性の分極電圧を付与する。
形成し、その電極間に溝が形成され、その相隣り
合う（複数の電極を一つのグループとする場合の
相隣り合うグループの電極間も同様である。）の
電極に異なる極性の分極電圧を付与する。
この結果、電極からみて、溝が形成された圧電
材料の部分はほぼ均一に分極され、溝の深さより
深い部分においては分極の程度が単調に減少する
フアン・デル・ポーブ型圧電トランスデユーサと
なつて、また電極間に設けられた溝により、横方
向結合を防止するため、縦方向の電気音響的結合
が強くなり、インパルス応答性が改良されたフア
ン・デル・ポーブ型圧電トランスデユーサを得る
ことができる。
材料の部分はほぼ均一に分極され、溝の深さより
深い部分においては分極の程度が単調に減少する
フアン・デル・ポーブ型圧電トランスデユーサと
なつて、また電極間に設けられた溝により、横方
向結合を防止するため、縦方向の電気音響的結合
が強くなり、インパルス応答性が改良されたフア
ン・デル・ポーブ型圧電トランスデユーサを得る
ことができる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第３図は、本発明の実施例圧電トランスデユー
サの側断面図である。同図において、圧電板５は
PZT等の圧電セラミツク材料からなり、その一
方の面には複数個のストライプ電極６、およびこ
のストライプ電極６を互いに隔てる溝部５ａを形
成する。この溝部５ａおよびストライプ電極６
は、圧電板５の一方の面に全面電極を被着した後
に、この全面電極に切り込みを入れて複数個のス
トライプ電極６となるように切り離し、この際、
この切り込みを圧電板５の内部にまで達するよう
にして溝部５ａとすることにより形成する。な
お、この溝部の深さＤは、本実施例ではストライ
プ電極６が配列されるピツチＰの約半分の深さと
なつている。
サの側断面図である。同図において、圧電板５は
PZT等の圧電セラミツク材料からなり、その一
方の面には複数個のストライプ電極６、およびこ
のストライプ電極６を互いに隔てる溝部５ａを形
成する。この溝部５ａおよびストライプ電極６
は、圧電板５の一方の面に全面電極を被着した後
に、この全面電極に切り込みを入れて複数個のス
トライプ電極６となるように切り離し、この際、
この切り込みを圧電板５の内部にまで達するよう
にして溝部５ａとすることにより形成する。な
お、この溝部の深さＤは、本実施例ではストライ
プ電極６が配列されるピツチＰの約半分の深さと
なつている。
複数個のストライプ電極６は導線７，８でそれ
ぞれ一つおきに並例接続され、圧電板５の他方の
面にはバツキング層９を取り付ける。
ぞれ一つおきに並例接続され、圧電板５の他方の
面にはバツキング層９を取り付ける。
圧電板５の内部の分極は、導線７，８の間に分
極付与電圧を印加することにより付与され、その
分極付与は、電圧印加時の圧電板５の内部電界分
布状態とほぼ近似したものとなる。第４図ａはこ
の分極分布を示したものであり、圧電板５の表面
から溝部５ａの深さ位までの間では電界はほぼ平
等電界となるので、従来の均一分極の角棒状圧電
素子と同じように、分極の強さがほぼ均一に分極
される。この溝部５ａの深さより更に奥行き方向
での分極分布は、分極の強さが奥行き方向に徐々
に減少して零に収束するというフアン・デル・ポ
ーブ型の分極分布となる。
極付与電圧を印加することにより付与され、その
分極付与は、電圧印加時の圧電板５の内部電界分
布状態とほぼ近似したものとなる。第４図ａはこ
の分極分布を示したものであり、圧電板５の表面
から溝部５ａの深さ位までの間では電界はほぼ平
等電界となるので、従来の均一分極の角棒状圧電
素子と同じように、分極の強さがほぼ均一に分極
される。この溝部５ａの深さより更に奥行き方向
での分極分布は、分極の強さが奥行き方向に徐々
に減少して零に収束するというフアン・デル・ポ
ーブ型の分極分布となる。
次に上述の圧電トランスデユーサの作用を説明
する。
する。
まず、このもののインパルス応答は第４図ｂに
示すようなものとなる。すなわち、圧電板５の表
面付近での単一パルス的インパルス応答部イと、
溝部５ａの深さＤの近辺でのなだらかなインパル
ス応答部ロとである。このうち深い方でのインパ
ルス応答部ロは低域カツトにより抑圧することが
でき、このもののインパルス応答は、このものの
インパルス応答は、実用上は良好な単一インパル
ス応答とみなすことができる。
示すようなものとなる。すなわち、圧電板５の表
面付近での単一パルス的インパルス応答部イと、
溝部５ａの深さＤの近辺でのなだらかなインパル
ス応答部ロとである。このうち深い方でのインパ
ルス応答部ロは低域カツトにより抑圧することが
でき、このもののインパルス応答は、このものの
インパルス応答は、実用上は良好な単一インパル
ス応答とみなすことができる。
上述のようなインパルス応答を得られるか否か
は、ストライプ電極６のピツチＰに対する溝部５
ａの深さＤの大きさにより決まり、溝部５ａが浅
くなれば従来のフアン・デル・ポーブ的インパル
ス応答に一層近づき、深くなれば角棒的インパル
ス応答に一層近づくこととなる。この境界は判然
としたものではないが、角棒的分極分布部分とフ
アン・デル・ポーブ的分極分布部分との周波数特
性とは整合することが望ましいので、溝部５ａの
深さＤは、ピツチＰの半分から等しい位まで値と
することが最適である。しかし、これに限定され
るものではない。
は、ストライプ電極６のピツチＰに対する溝部５
ａの深さＤの大きさにより決まり、溝部５ａが浅
くなれば従来のフアン・デル・ポーブ的インパル
ス応答に一層近づき、深くなれば角棒的インパル
ス応答に一層近づくこととなる。この境界は判然
としたものではないが、角棒的分極分布部分とフ
アン・デル・ポーブ的分極分布部分との周波数特
性とは整合することが望ましいので、溝部５ａの
深さＤは、ピツチＰの半分から等しい位まで値と
することが最適である。しかし、これに限定され
るものではない。
次に、この形のトランスデユーサは、製造時で
の圧電板５への分極分布付与において種々の長所
がある。すなわち、このものにおいては、電極間
に不要かつ有害な結合を生ずる部分が溝部５ａに
より除去されるので、当然に横方向結合は低減さ
れる。このため、分極付与電圧が横方向結合に制
限されないので、十分な分極付与が可能となる。
また、電極配列のピツチＰに対する電極間隔Ｇの
大きさの比を従来のものに比べて小さくすること
ができ、材料の利用率を一段と向上できる。さら
にPZT等の圧電性の異方性（d31等の横方向効果）
が激しい材料であつても、横方向結合を心配する
ことなく用いることができ、これらの材料による
ときにも垂直方向へのピストン運動的結合を十分
に得ることができる。
の圧電板５への分極分布付与において種々の長所
がある。すなわち、このものにおいては、電極間
に不要かつ有害な結合を生ずる部分が溝部５ａに
より除去されるので、当然に横方向結合は低減さ
れる。このため、分極付与電圧が横方向結合に制
限されないので、十分な分極付与が可能となる。
また、電極配列のピツチＰに対する電極間隔Ｇの
大きさの比を従来のものに比べて小さくすること
ができ、材料の利用率を一段と向上できる。さら
にPZT等の圧電性の異方性（d31等の横方向効果）
が激しい材料であつても、横方向結合を心配する
ことなく用いることができ、これらの材料による
ときにも垂直方向へのピストン運動的結合を十分
に得ることができる。
また、使用時においては、ストライプ電極間の
静電容量が低減されるという長所もある。
静電容量が低減されるという長所もある。
なお、溝部の形状等は本実施例に限定されるも
のではなく、第５図に示すように、ストライプ電
極６を更に溝部５ｂで細分したものでもよく、こ
のようにすると、横方向結合を一段と低減するこ
とができる。また、第６図に示すようなＶ形状の
溝部５ｃであつても勿論よい。
のではなく、第５図に示すように、ストライプ電
極６を更に溝部５ｂで細分したものでもよく、こ
のようにすると、横方向結合を一段と低減するこ
とができる。また、第６図に示すようなＶ形状の
溝部５ｃであつても勿論よい。
さらに、第７図に示すように、圧電板５の内部
中央部にストライプ電極６を配置し、空洞部５ｄ
でストライプ電極６を相互に隔てるようにしても
よい。このものの分極分布は、第８図ａに示すよ
うに、ストライプ電極２の両側に第４図ａの分極
分布が左右対称（極性は反対）に分布するものと
なり、そのインパルス応答は第８図ｂに示すよう
な実質的な単一インパルス応答となる。このよう
にインパルス応答および分極の分布が前後対称と
なるようにすると、信号授受に位相推移を起こさ
ないという利点がある。また、一層丈夫な構造と
もなる。
中央部にストライプ電極６を配置し、空洞部５ｄ
でストライプ電極６を相互に隔てるようにしても
よい。このものの分極分布は、第８図ａに示すよ
うに、ストライプ電極２の両側に第４図ａの分極
分布が左右対称（極性は反対）に分布するものと
なり、そのインパルス応答は第８図ｂに示すよう
な実質的な単一インパルス応答となる。このよう
にインパルス応答および分極の分布が前後対称と
なるようにすると、信号授受に位相推移を起こさ
ないという利点がある。また、一層丈夫な構造と
もなる。
本発明のトランスデユーサを利用するに際して
は、第９図に示すような平衡回路を用いて装置側
電気回路とトランスデユーサとをアイソレーシヨ
ンした状態で結合することが望ましい。特に、コ
モンモードの電圧は、大部分の場合、不要な音響
学的モードと結合するから、この点からもアイソ
レーシヨンは望ましい。なお、抵抗１０は直流リ
ターンのためのものである。
は、第９図に示すような平衡回路を用いて装置側
電気回路とトランスデユーサとをアイソレーシヨ
ンした状態で結合することが望ましい。特に、コ
モンモードの電圧は、大部分の場合、不要な音響
学的モードと結合するから、この点からもアイソ
レーシヨンは望ましい。なお、抵抗１０は直流リ
ターンのためのものである。
なお、圧電板の材料は、本実施例のものに限定
されるものではなく、いわゆる強誘電体圧電材料
であれば何であつてもよい。また、本発明のトラ
ンスデユーサをたとえば探触子等に実装するに際
しての実施態様、すなわち圧電板の加工形状、電
極の形状や配置位置、音響インピーダンスの整合
構造等も本実施例のものに限定されるものではな
い。
されるものではなく、いわゆる強誘電体圧電材料
であれば何であつてもよい。また、本発明のトラ
ンスデユーサをたとえば探触子等に実装するに際
しての実施態様、すなわち圧電板の加工形状、電
極の形状や配置位置、音響インピーダンスの整合
構造等も本実施例のものに限定されるものではな
い。
本発明は、上述の構成作用によるものであるか
ら、従来のフアン・デル・ポーブ型のトランスデ
ユーサにあつた使用時の望ましくない横方向結合
を低減して、インパルス応答を一層良好なものに
することができ、PZT等の圧電材料の使用も可
能となる。また、溝部の形成により分極付与電圧
を十分大きくすることかできるので、十分な分極
を付与できるようになるとともに、材料の利用率
を一層向上させることができる。さらに、電極間
静電容量が小さくなつて無効電力の消費が低減さ
れる。
ら、従来のフアン・デル・ポーブ型のトランスデ
ユーサにあつた使用時の望ましくない横方向結合
を低減して、インパルス応答を一層良好なものに
することができ、PZT等の圧電材料の使用も可
能となる。また、溝部の形成により分極付与電圧
を十分大きくすることかできるので、十分な分極
を付与できるようになるとともに、材料の利用率
を一層向上させることができる。さらに、電極間
静電容量が小さくなつて無効電力の消費が低減さ
れる。
第１図は従来のトランスデユーサの側断面図。
第２図は従来のトランスデユーサの分極分布特性
図。第３図は本発明トランスデユーサの側断面
図。第４図は本発明実施例トランスデユーサの分
極分布およびインパルス応答図。第５図、第６
図、第７図は本発明の他の実施例トランスデユー
サの側断面図。第８図は第７図の実施例トランス
デユーサの分極分布およびインパルス応答図。第
９図は本発明トランスデユーサの使用方法を説明
する図。 ５……圧電板、５ａ，５ｂ，５ｃ……溝部、５
ｄ……空洞部、６……ストライプ電極、７，８…
…導線。
第２図は従来のトランスデユーサの分極分布特性
図。第３図は本発明トランスデユーサの側断面
図。第４図は本発明実施例トランスデユーサの分
極分布およびインパルス応答図。第５図、第６
図、第７図は本発明の他の実施例トランスデユー
サの側断面図。第８図は第７図の実施例トランス
デユーサの分極分布およびインパルス応答図。第
９図は本発明トランスデユーサの使用方法を説明
する図。 ５……圧電板、５ａ，５ｂ，５ｃ……溝部、５
ｄ……空洞部、６……ストライプ電極、７，８…
…導線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧電材料に複数個の電極が形成され、 この上記複数個の電極を互いに隔てる溝部が上
記圧電材料の面内に切り込んだ形状に形成された 圧電トランスデユーサにおいて、 上記複数個の電極の相隣り合う電極または上記
複数個の電極を複数のグループに分割しこの分割
された複数のグループの相隣り合うグループの電
極に異なる極性の電位が印加された履歴によつて
上記圧電材料に分極が形成され、この分極の程度
が電極からみて上記溝より深い部分においては単
調に漸減する ことを特徴とする圧電トランスデユーサ。 ２ 圧電材料が板状の圧電板であり、複数個の電
極がこの圧電板の一方の面に形成され、これら電
極間を互いに隔てる溝部が圧電板面に形成された
特許請求の範囲第１項に記載の圧電トランスデユ
ーサ。 ３ 複数の電極が圧電材料内に形成され、これら
の電極間を互いに隔てる溝部が圧電材料内に形成
された空洞部である特許請求の範囲第１項に記載
の圧電トランスデユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57051649A JPS58170199A (ja) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | 圧電トランスデュ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57051649A JPS58170199A (ja) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | 圧電トランスデュ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58170199A JPS58170199A (ja) | 1983-10-06 |
| JPS6410999B2 true JPS6410999B2 (ja) | 1989-02-22 |
Family
ID=12892705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57051649A Granted JPS58170199A (ja) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | 圧電トランスデュ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58170199A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62120798A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-02 | Tokyo Keiki Co Ltd | 水中超音波トランスジユ−サ |
| JP6519212B2 (ja) * | 2014-03-27 | 2019-05-29 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、圧電デバイスおよびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置 |
| RU2648301C1 (ru) * | 2016-12-23 | 2018-03-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Ультразвуковой преобразователь |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55149836A (en) * | 1979-05-11 | 1980-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of ultrasonic detecting probe |
-
1982
- 1982-03-30 JP JP57051649A patent/JPS58170199A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58170199A (ja) | 1983-10-06 |
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