JPH01175273A

JPH01175273A - 圧電板

Info

Publication number: JPH01175273A
Application number: JP62334779A
Authority: JP
Inventors: Koji Ogura; 小倉　幸治
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-07-11

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、圧電可撓性シート、圧電磁器板等の圧電板に
係り、海底地震探査や魚群探知用の送受波器、または超
音波洗浄装置の洗浄液内における音響測定子等に好適に
利用されるものである。

〈従来技術〉ポリ弗化ビニリデン、ポリ弗化ビニール、ポリ塩化ビニ
リデン、ポリ塩化ビニール、ナイロン等の圧電性有機物
もしくは合成ゴムや合成樹脂の有機物中にチタン酸ジル
コニア酸鉛、チタン酸鉛等の強誘電セラミック粒子を混
合してなる圧電性有機セラミック複合物は、一般の焼結
質圧電磁器材料に比し、その音響インピーダンスが水の
音響インピーダンスに近似する特性を有し、このため、
これを圧電送受波器として用いると水中を伝播する音響
波を効率良く受波し、感度を高め得る利点を生じる。ま
た超音波の送波にも良好に用いられる。その他、この種
圧電板を用いた圧電送受波器は、空中での、超音波の送
受波にも好適である。

この圧電板として、従来は、第４図に示すように、前記
圧電材料よりなる圧電層ａの上下面に電極す、ｃを設け
、電極す、ｃ間に所定の直流電圧を印加して圧電層ａを
厚み方向に分極し、送波器として用いる場合には、この
電極に交番電圧を印加して、超音波を発生し、受波器と
して用いる場合には、圧電層の主表面で反射波を受けて
、電極間に発生した出力信号を該電極から取り出す様に
していた。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、前記構成による圧電板にあって、この圧電定
数は次の式により定まる。

ｄ　ｈ　＝ｄ　ｓｓ＋　２　ｄ　ｓ＋ここで圧電定数ａａａは厚み方向（分極方向）の圧力に
応答する電気変換率を示し、音響波信号はこの定数に基
づく電荷である。また圧電定数ｄ　ｓ＋は面方向（分極
軸に垂直な方向）の圧力に応答する電気変換率を示し負
の値を取る。すなわち、圧電定数ｄａｔは、圧電定数ｄ
ｈを減少させる要因となり、ノイズ信号はこの定数に基
づ（。

このため、従来の圧電板にあっては、送波器として用い
る場合には、周縁からも副振動が発生し、その指向特性
を低下させる原因となった。

また、受波器として用いる場合には、不要な面方向の歪
によって、電荷または電圧を生じ、これがノイズ信号と
なって、音響波に重畳的に加わり、Ｓ／Ｎ比を低下させ
るという欠点があった。

特に、水中用ハイドロフオンとして用いる場合には、吹
き流し時の引張応力や水の流動、波立ち等による曲げ応
力が作用するが、これらの機械的応力により圧電板に面
方向の歪を与えることとなる。

本発明は、かかる面方向の圧電定数ｄ　３＋成分を可及
的に消去して、圧電板の特性の向上を図ることを目的と
するものである。

〈問題点を解決するための手段〉本発明は、厚み方向に分極してその表裏面に電極を形成
した主圧電層を、一〜複数枚積層し、その側面に、面方
向に分極して内外面に夫々電極を形成した副圧電層を当
接し、主圧電層の一側電極を副圧電層の内面電極に接続
して共通電極とすると共に、各圧電層の分極方向は前記
共通電極に対して同一方向となっていることを特徴とす
るものである。

〈作用〉かかる構成にあって、共通電極と、他の電極間に電圧を
印加すると、前記主圧電層は圧電定数ｄ３３に基づき厚
み方向に伸縮し、そのポアソン比の関係で圧電定数ｄ　
３１に基づき面方向に逆位相で伸縮する。また、副圧電
層も厚み方向及び面方向に同様の伸縮を生ずる。ところ
で、副圧電層は、主圧電層に対して、分極方向が直交す
る関係となっている。このため、副圧電層の厚み方向は
、主圧電層の面方向と同一方向であるから、その伸縮は
、主圧電層の面方向伸縮と、逆位相で干渉し合うことと
なる。そして、圧電板全体での面方向に置いて、その伸
縮が減殺または消去されることとなる。このことは、受
渡器として用いた場合にあって、面方向に生じる電圧ま
たは電荷の消去に置いても同様に考えることができる。

上記事実を第１図についてさらに説明する。

かかる構成にあって、主圧電層ｌの表裏面には電極２ａ
、２ｂが形成され、その周囲には副圧電層３が配設され
る。前記副圧電層３の内外面には電極４ａ、４ｂが形成
され、その内面電極４ａは、主圧電層ｌの下面電極２ｂ
と接続し、該下面電極２ｂと、内面電極４ａを共通電極
５としている。

□　前記主圧電層ｌと、副圧電層３とは、いずれも共通
電極５に対して同一方向に分極されている。

この構成にあって、主圧電層ｌと副圧電層３はその厚さ
ｔが等しいものとする。また各圧電定数は同一材料で形
成されることにより同一とすることができる。

ここで圧電板に発生する電荷量をＣとすると、次の一般
式が成立する。

Ｃ＝ｄ、・５−ｐ（Ｃ／へ−ｌ１１２・Ｎ７ｍ”）また
、圧電定数には既述の様に次の関係がある。

ｄ　ｎ　”ｄ３３＋２ｄ３１これから、主圧電層と、副圧電層に発生する電荷量をＣ
，、Ｃ，とじ、主圧電層の表面積を３１とし、副圧電層
の表面積（主圧電層の側面の面積に相当）を３２とする
と、Ｃ＋　＝ｄ　ｈ・Ｓｌ・ｐ＝ｄ、３・Ｓ　Ｉ−ｐ　＋　２　ｄ　３１・Ｓｌ・ｐ　
　　■に２＝　ｄ　ｈ−３＊・ｐ＝ｄ３３・Ｓ２・ｐ　＋　２　ｄ　３＋・Ｓ２・ｐ　　
　■また第１図の構成の圧電板による電荷量はその合ｄ
であり、ＣＩ＋Ｃ２：ｄｈ・（Ｓｌ＋Ｓ２１　　・ｐとなる。

一方、副圧電層の厚さｔは等しいから、Ｓ、＝　＋　２
　ｄ　３１／　ｄ　３ｓ・Ｓ２　　　　　　　■の関係
が成立する。

そこで、■〜■式より、Ｃ＋　＋　Ｃｚ＝　ｄ　ａａ・Ｓ、・ｐ　＋　２　ｄ　
ｓ　＋・Ｓ２・ｐとなる。

この２ｄａ＋’Ｓａ・ｐは、副圧電層の面方向の成分で
あり、圧電板に対しては厚み方向の電荷量である。従っ
て、圧電板の面方向の電荷は、見掛は上、消去されたこ
ととなる。そしてその全体の面積Ｓ＝Ｓ＋＋Ｓｚとすれ
ば、見掛は上従来構造と全く同じ圧電定数ｄｈを実現し
ながら、圧電定数ｄ　ａ＋が消去されることとなる。

〈実施例〉第１図について、圧電可撓性シートまたは圧電磁器板か
らなる圧電板Ａの構成について説明する。

１は方形板状からなる主圧電層であって、その表裏面に
は電極２ａ、２ｂが形成されている。また、その周縁に
は該主圧電層ｌを矩形環状に囲んで副圧電層３が配設さ
れる。主圧電層ｌは円板状とすることもでき、この場合
には該副圧電層３は円環状となる。前記副圧電層３の内
外面には電極４ａ、４ｂが形成され、その内面電極４ａ
は、主圧電層ｌの下面電極２ｂと接続し、該下面電極２
ｂと内面電極４ａとを共通電極５としている。

前記主圧電層ｌは、上面電極２ａから共通電極５へ向け
てあらかじめ分極され、副圧電層３は内面電極４ａから
共通電極５に向けて分極されている。この分極方向は、
逆転させても良い。

すなわち、いずれも共通電極５に対して同一方向に分極
されていることとなる。

前記構成にあって、上面電極２ａと外面電極４ｂを結線
し、前記共通電極５と上面電極２ａ及び外面電極４ｂ間
に交番電圧を印加すると、主圧電層ｌは矢印の様に厚み
方向で圧電定数ｄｓ３に基づいて発振し、面方向で圧電
定数ｄｓ＋に基づいて歪む。このとき、副圧電層３では
、その厚み方向（圧電板Ａの面方向）に沿って矢印の様
に主圧電層１の面方向歪と逆位相で発振する。このため
、相互にキャンセルされる。

而で、送波器として用いた場合には、周縁からの副振動
を生じないから、指向性が良（なり、受波器として用い
る場合には、前記したように汲置等の外的応力による電
位の発生は消去されるから音響波に対応する電気信号の
みが抽出され、ノイズが減少する。

第２図は、他の実施例の圧電板Ｂを示す。

かかる構成にあって、主圧電層１０．１０は電極１１ｂ
を介して上下に二枚積層し、その表裏面に電極１１ａ、
１１ａを露出すると共に、その周囲に、内面電極１３ａ
を介して副圧電層１２を形成し、前記電極１１ｂと電極
１３ａを接続して共通電極１４としている。かかる構成
にあって、副圧電層１２の上下幅は、圧電板Ｂの表裏が
整一な平面となる様に、主圧電層１０．１０の厚みの和
とする。この構成にあっても、各圧電層１０゜１０．１
２は共通電極１４に対して同一分極方向とし、内方へ向
けて分極されている。

前記圧電板Ｂは第３図に示す様に、副圧電層１２の外面
電極１３ｂを接続して連続させることもできる。ここで
各電極１１ａ、ｌｌａ、１３ｂはリードＩ！　ｌ　５　
ａに接続し、共通電極１４はリード！ｉｔ　５ｂに接続
し、その電線端間から、送波器にあっては電圧を印加し
、受波器にあっては出力信号を取り出す。

〈発明の効果〉本発明は前記の説明によって明らかにしたように、主圧
電層の周囲に副圧電層を配設して、主圧電層の圧電定数
ｄｓ＋による面方向の歪みまたは電荷を、副圧電層の圧
電定数ｄａｓによる厚み方向の歪または電荷により消去
する様にしたから、送波器に使用した場合には、周囲か
らの副振動がなく、指向性の良い送波を実現でき、受波
器にあっては、面方向からの機械的応力の影響を受けず
、Ｓ／Ｎ比を向上でき、送受波器等に最適に利用し得る
等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電板Ａの縦断側面図、第２図は
同圧電板Ｂの縦断側面図、第３図は圧電板Ｂの応用例の
縦断側面図、第４図は従来構成の圧電板の縦断側面図で
ある。Ａ、Ｂ：圧電板　ｌ：主圧電層　２ａ、２ｂ；電極　３
：副圧電層　４ａ、４ｂ：電極　５：共通電極　ｌＯ：
主圧電層　１１ａ、１１ｂ；電極　１２；副圧電層　１
３ａ、１３ｂ：電極１４、共通電極第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

　厚み方向に分極してその表裏面に電極を形成した主圧
電層を、一〜複数枚積層し、その側面に、面方向に分極
して内外面に夫々電極を形成した副圧電層を当接し、主
圧電層の一側電極を副圧電層の内面電極に接続して共通
電極とすると共に、各圧電層の分極方向は前記共通電極
に対して同一方向となっていることを特徴とする圧電板
。