JPH0548171A - マトリクストランスデユーサ - Google Patents
マトリクストランスデユーサInfo
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- JPH0548171A JPH0548171A JP20935491A JP20935491A JPH0548171A JP H0548171 A JPH0548171 A JP H0548171A JP 20935491 A JP20935491 A JP 20935491A JP 20935491 A JP20935491 A JP 20935491A JP H0548171 A JPH0548171 A JP H0548171A
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 隣接部位への不要変位を抑え、高解像度のマ
トリクストランスデューサの提供。 【構成】 非分極化した圧電基板1に表面電極10と裏
面電極11を形成し、直流電圧を印加することにより電
極に挟まれた領域のみを分極する。この分極された圧電
基板1にセグメント電極2a,2b,2cを形成すると
ともに、対向面にコモン電極を形成する。
トリクストランスデューサの提供。 【構成】 非分極化した圧電基板1に表面電極10と裏
面電極11を形成し、直流電圧を印加することにより電
極に挟まれた領域のみを分極する。この分極された圧電
基板1にセグメント電極2a,2b,2cを形成すると
ともに、対向面にコモン電極を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電性基板の一部を任意
に振動又は変位させるマトリクストランスデューサに関
する。
に振動又は変位させるマトリクストランスデューサに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のマトリクストランスデューサの構
造を図6(a)(b)に示す。1は板状の圧電基板、2
a、2b、2cは圧電基板の表面に配された複数のセグ
メント電極、3は表面に配されたコモン電極、5a、5
b、5cはセグメント電極に選択的に圧電を印加するた
めのドライバ、4は電圧・信号源である。コモン電極3
を接地し、任意のセグメント電極2bに選択的に電圧を
印加することにより、任意の微小部位6bを変位又は振
動させることができる。
造を図6(a)(b)に示す。1は板状の圧電基板、2
a、2b、2cは圧電基板の表面に配された複数のセグ
メント電極、3は表面に配されたコモン電極、5a、5
b、5cはセグメント電極に選択的に圧電を印加するた
めのドライバ、4は電圧・信号源である。コモン電極3
を接地し、任意のセグメント電極2bに選択的に電圧を
印加することにより、任意の微小部位6bを変位又は振
動させることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6の(c)(d)
(e)にそれぞれ圧電基板内部の電界分布、分極分布、
応力分布を示す。上記従来例では、図6(b)の7に示
すように電気力線が理隣接セグメント電極近傍まで回り
込んでしまう。基板内の応力は電界強度と分極率との積
に比例するので、選択した電極直下以外にも応力が発生
し、不要な部位まで変位してしまうと言う問題を有して
いる。この不要変位を減じるためには、圧電基板厚dを
薄くし、電極間ギャップgを広くとればよいが、ギャッ
プgを増やすと電極ピッチpか、電極幅を狭くしなけれ
ばならない。しかし圧電基板厚dを減じると、共振振動
を目的とする場合には、その共振周波数が圧電基板厚d
に逆比例して高くなり、駆動回路の設計がより難しくな
る。また電極ピッチpの増加は解像度の低下につなが
り、電極幅を狭くすると、電気・機械の変換効率が落ち
てしまう。
(e)にそれぞれ圧電基板内部の電界分布、分極分布、
応力分布を示す。上記従来例では、図6(b)の7に示
すように電気力線が理隣接セグメント電極近傍まで回り
込んでしまう。基板内の応力は電界強度と分極率との積
に比例するので、選択した電極直下以外にも応力が発生
し、不要な部位まで変位してしまうと言う問題を有して
いる。この不要変位を減じるためには、圧電基板厚dを
薄くし、電極間ギャップgを広くとればよいが、ギャッ
プgを増やすと電極ピッチpか、電極幅を狭くしなけれ
ばならない。しかし圧電基板厚dを減じると、共振振動
を目的とする場合には、その共振周波数が圧電基板厚d
に逆比例して高くなり、駆動回路の設計がより難しくな
る。また電極ピッチpの増加は解像度の低下につなが
り、電極幅を狭くすると、電気・機械の変換効率が落ち
てしまう。
【0004】本発明は、かかる問題を解決すべくなされ
たもので、その目的とするところは、隣接部位への不要
変位を抑え、高解像度のマトリクストランスデューサを
提案することにある。
たもので、その目的とするところは、隣接部位への不要
変位を抑え、高解像度のマトリクストランスデューサを
提案することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によりマト
リクストランスデューサはかかる課題を解決するため
に、分極に偏りを有する圧電性基板と、この圧電性基板
の表面と裏面に配された少なくとも2対の電極と、この
電極間に電圧を選択的に印加する駆動手段で構成しても
のである。
リクストランスデューサはかかる課題を解決するため
に、分極に偏りを有する圧電性基板と、この圧電性基板
の表面と裏面に配された少なくとも2対の電極と、この
電極間に電圧を選択的に印加する駆動手段で構成しても
のである。
【0006】
【作用】圧電性基板のセグメント電極とコモン電極に挟
まれていない部分の分極を、挟まれた部分の分極に対し
てその分極率を減じるか、或は分極方向を逆向きにする
ことにより、不要部位の変位を抑えることができる。
まれていない部分の分極を、挟まれた部分の分極に対し
てその分極率を減じるか、或は分極方向を逆向きにする
ことにより、不要部位の変位を抑えることができる。
【0007】
【実施例】はじめに、実施例を説明する前に、図2
(a)から(f)を参照しつつ本発明に基づくマトリク
ストランスデューサについて説明する。図2(a)はマ
トリクストランスデューサの断面図、図2(b)はセグ
メント電極2bに電圧を印加した時の圧電基板1内の電
界強度分布である。8は選択したセグメント電極2bに
より、変位を望む部位、9a,9bは隣接素子への干渉
を鑑み変位を望まない部位を示す。
(a)から(f)を参照しつつ本発明に基づくマトリク
ストランスデューサについて説明する。図2(a)はマ
トリクストランスデューサの断面図、図2(b)はセグ
メント電極2bに電圧を印加した時の圧電基板1内の電
界強度分布である。8は選択したセグメント電極2bに
より、変位を望む部位、9a,9bは隣接素子への干渉
を鑑み変位を望まない部位を示す。
【0008】図2(c)に示すようにセグメント電極2
bの直下以外の部位9の圧電基板内の分極率を減じる
と、基板内部の応力は図2(d)に示すように、電極直
下以外の部位9は部位8に比してダイナミックに減じる
ことができ、不要な振動、変位を抑えることができる。
bの直下以外の部位9の圧電基板内の分極率を減じる
と、基板内部の応力は図2(d)に示すように、電極直
下以外の部位9は部位8に比してダイナミックに減じる
ことができ、不要な振動、変位を抑えることができる。
【0009】また図2(e)に示すように、部位8に対
して部位9の分極方向を反転させると、図2(f)に示
すように部位9では部位8に対して逆方向に応力が生じ
る。従って、部位8の変位から生じる、部位9への弾性
的な変位の伝達を上記逆方向の応力で相殺することがで
きる。
して部位9の分極方向を反転させると、図2(f)に示
すように部位9では部位8に対して逆方向に応力が生じ
る。従って、部位8の変位から生じる、部位9への弾性
的な変位の伝達を上記逆方向の応力で相殺することがで
きる。
【0010】(実施例1)図1(a)(b)はこのよう
な原理をもとに構成したマトリクストランスデューサの
実施例を示したものである。図1(a)(b)は各々圧
電基板1の断面図であり、図1(a)はその分極工程
を、図1(b)は分極後のセグメント電極2とコモン電
極3を形成した状態を示す。
な原理をもとに構成したマトリクストランスデューサの
実施例を示したものである。図1(a)(b)は各々圧
電基板1の断面図であり、図1(a)はその分極工程
を、図1(b)は分極後のセグメント電極2とコモン電
極3を形成した状態を示す。
【0011】圧電基板1は厚さ600μmのチタン酸ジ
ルコン酸塩(PZT)系圧電セラミクスで形成した。
ルコン酸塩(PZT)系圧電セラミクスで形成した。
【0012】なお本例で用いた材質のほかにZnO等の
圧電性セラミクスや、LiNbO、3、水晶、LiTa
O3、Bi12GeO20等の圧電性単結晶や、ポリ弗化ビ
ニリデン(PVDF)等の高分子圧電材料、さらに上記
圧電材料を混合したもの、また上記圧電材料を膜状に積
層したものを使用することも可能である。
圧電性セラミクスや、LiNbO、3、水晶、LiTa
O3、Bi12GeO20等の圧電性単結晶や、ポリ弗化ビ
ニリデン(PVDF)等の高分子圧電材料、さらに上記
圧電材料を混合したもの、また上記圧電材料を膜状に積
層したものを使用することも可能である。
【0013】図1(a)において13は500Vの直流
電圧源、10,11は選択的な分極を施すための分極用
表面電極と裏面電極である。
電圧源、10,11は選択的な分極を施すための分極用
表面電極と裏面電極である。
【0014】あらかじめ非分極化した圧電基板1に表面
電極10と裏面電極11を形成し直流電圧を印加するこ
とにより上記電極に挟まれた領域のみが分極される。1
4は分極を示す矢印である。
電極10と裏面電極11を形成し直流電圧を印加するこ
とにより上記電極に挟まれた領域のみが分極される。1
4は分極を示す矢印である。
【0015】非分極化は基板をキュリー点以上の温度に
加熱保持することにより行った。本例に使用した圧電基
板はキュリー点が320℃であったので、400℃に加
熱して、非分極化した。
加熱保持することにより行った。本例に使用した圧電基
板はキュリー点が320℃であったので、400℃に加
熱して、非分極化した。
【0016】また表面電極と裏面電極はスパッタリング
によりクロム−金を合計0.5μm膜形成した後、フォ
トリソグラフィーによりパターニングした。電極幅W1
は50μm、電極ピッチは170μmとした。
によりクロム−金を合計0.5μm膜形成した後、フォ
トリソグラフィーによりパターニングした。電極幅W1
は50μm、電極ピッチは170μmとした。
【0017】分極時には基板を200℃まで加熱し10
分保持した。
分保持した。
【0018】この後、上記分極用電極を除去した後、図
1(b)に示すように、ともに圧電基板の両面をラップ
研磨した後、クロム薄膜を10nm形成しその上に金薄
膜を1μm形成し、フォトリソグラフィーによりセグメ
ント電極2a,2b,2cとコモン電極3を形成した。
セグメント電極のピッチは170μm、電極幅W2は1
20μmとした。分極用電極の幅W1に比してセグメン
ト電極の幅W2はW1<W2とした。
1(b)に示すように、ともに圧電基板の両面をラップ
研磨した後、クロム薄膜を10nm形成しその上に金薄
膜を1μm形成し、フォトリソグラフィーによりセグメ
ント電極2a,2b,2cとコモン電極3を形成した。
セグメント電極のピッチは170μm、電極幅W2は1
20μmとした。分極用電極の幅W1に比してセグメン
ト電極の幅W2はW1<W2とした。
【0019】上記構成でセグメント電極2bとコモン電
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、20%に減らすことができた。
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、20%に減らすことができた。
【0020】(実施例2)図3(a)(b)(c)に第
2の実施例を示す。
2の実施例を示す。
【0021】図3(a)(b)にその分極工程を、図3
(c)は分極後のセグメント電極2a,2b,2cとコ
モン電極3を形成した状態を示す。
(c)は分極後のセグメント電極2a,2b,2cとコ
モン電極3を形成した状態を示す。
【0022】圧電基板1は厚さ600μmのチタン酸ジ
ルコン酸塩(PZT)系圧電セラミクスで形成した。1
3は直流電圧源、10,11は分極を施すための分極用
表面電極と裏面電極である。17はレーザー光を示し、
16は後にセグメント電極を形成し振動させる部位、1
5は非振動部位を表す。
ルコン酸塩(PZT)系圧電セラミクスで形成した。1
3は直流電圧源、10,11は分極を施すための分極用
表面電極と裏面電極である。17はレーザー光を示し、
16は後にセグメント電極を形成し振動させる部位、1
5は非振動部位を表す。
【0023】図3(a)においてあらかじめ圧電基板1
に表面電極10と裏面電極11を形成し直流電圧を印加
し基板全体を分極した。14は分極を示す矢印である。
分極時には基板を200℃まで加熱し10分保持した。
に表面電極10と裏面電極11を形成し直流電圧を印加
し基板全体を分極した。14は分極を示す矢印である。
分極時には基板を200℃まで加熱し10分保持した。
【0024】この後、図3(b)に示すように、He−
Neレーザーを用い、部位15を選択的にキュリー点以
上に加熱し、露光部のみを非分極化した。
Neレーザーを用い、部位15を選択的にキュリー点以
上に加熱し、露光部のみを非分極化した。
【0025】その後図3(c)にごとく、前記分極用電
極10,11をエッチングし、所望のセグメント電極2
a,2b,2c、コモン電極3を形成した。セグメント
電極2a,2b,2c、コモン電極3を分極用電極から
形成するので、成膜、膜除去の工程を減らすことができ
た。
極10,11をエッチングし、所望のセグメント電極2
a,2b,2c、コモン電極3を形成した。セグメント
電極2a,2b,2c、コモン電極3を分極用電極から
形成するので、成膜、膜除去の工程を減らすことができ
た。
【0026】尚選択加熱方法は、レーザーの他に、一様
な発散光源と、この光源の光波長に対して、反射率の高
い膜によるマスクを基板上に形成することによっても可
能である。
な発散光源と、この光源の光波長に対して、反射率の高
い膜によるマスクを基板上に形成することによっても可
能である。
【0027】上記構成でセグメント電極2bとコモン電
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、20%に減らすことができた。
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、20%に減らすことができた。
【0028】(実施例3)図4(a)(b)(c)に第
3の実施例を示す。
3の実施例を示す。
【0029】図4(a)(b)にその分極工程を、図4
(c)は分極後のセグメント電極2a,2b,2cとコ
モン電極3を形成した状態を示す。
(c)は分極後のセグメント電極2a,2b,2cとコ
モン電極3を形成した状態を示す。
【0030】13は直流電圧源、10,11は分極を施
すための分極用表面電極と裏面電極である。18,19
は第2の部分的な分極を施すための分極用表面電極と裏
面電極を示し、16は後にセグメント電極を形成し振動
させる部位、15は非振動部位を表す。
すための分極用表面電極と裏面電極である。18,19
は第2の部分的な分極を施すための分極用表面電極と裏
面電極を示し、16は後にセグメント電極を形成し振動
させる部位、15は非振動部位を表す。
【0031】図4(a)においてあらかじめ圧電基板1
に表面電極10と裏面電極11を形成し直流圧電を印加
し基板全体を分極した。14は分極を示す矢印である。
分極時には基板を200℃まで加熱し10分保持した。
に表面電極10と裏面電極11を形成し直流圧電を印加
し基板全体を分極した。14は分極を示す矢印である。
分極時には基板を200℃まで加熱し10分保持した。
【0032】この後、図4(b)に示すように、分極用
電極10,11をエッチングし第2の分極用電極18,
19を形成し、図4(a)とは逆極性の電圧を印加し、
部位16のみを逆方向に分極した。
電極10,11をエッチングし第2の分極用電極18,
19を形成し、図4(a)とは逆極性の電圧を印加し、
部位16のみを逆方向に分極した。
【0033】その後図4(c)にごとく、所望のセグメ
ント電極2a,2b,2c、コモン電極3を形成した。
ント電極2a,2b,2c、コモン電極3を形成した。
【0034】部位16に対して部位15の分極方向を反
転させると、部位15には逆方向に応力が生じる。従っ
て、部位16の変位から生じる、部位15への弾性的な
変位の伝達を上記逆方向の応力で相殺することができ
た。
転させると、部位15には逆方向に応力が生じる。従っ
て、部位16の変位から生じる、部位15への弾性的な
変位の伝達を上記逆方向の応力で相殺することができ
た。
【0035】上記構成でセグメント電極2bとコモン電
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、10%に減らすことができた。
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、10%に減らすことができた。
【0036】(実施例4)図5(a)(b)に第4の実
施例を示す。
施例を示す。
【0037】あらかじめ上記実施例1から3で述べた方
法により選択的な分極をし、電極を形成した圧電基板2
0,21,22を図5(b)のごとく、接着し積層し
た。電極23,25,27には金を、電極24,26,
28には錫を用いた。圧電基板厚は全て0.2mmとし
た。
法により選択的な分極をし、電極を形成した圧電基板2
0,21,22を図5(b)のごとく、接着し積層し
た。電極23,25,27には金を、電極24,26,
28には錫を用いた。圧電基板厚は全て0.2mmとし
た。
【0038】基板間の接着は、3枚を重ね、加重後30
0℃に加熱し、金電極と錫電極を相互拡散させておこな
った。
0℃に加熱し、金電極と錫電極を相互拡散させておこな
った。
【0039】このような製法を用いることにより、分極
形成時には薄い基板で、より少ない電界の回り込みでで
きるので、より高解像度に分極書き込みができた。
形成時には薄い基板で、より少ない電界の回り込みでで
きるので、より高解像度に分極書き込みができた。
【0040】上記構成でセグメント電極2bとコモン電
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、15%に減らすことができた。
極3間に交流電圧を印加した際の、セグメント電極2b
の中央12bの振幅と、セグメント電極2cの中央12
cの振幅の比を測定したところ、従来40%であったも
のが、15%に減らすことができた。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、圧電性基板のセグメン
ト電極とコモン電極に挟まれていない部分の分極を、挟
まれた部分の分極に対してその分極率を減じるか、ある
いは分極方向を逆向きにすることにより、不要部位の変
位を抑えることができ、より高解像度なマトリクストラ
ンスデューサを実現できると言う効果を有する。
ト電極とコモン電極に挟まれていない部分の分極を、挟
まれた部分の分極に対してその分極率を減じるか、ある
いは分極方向を逆向きにすることにより、不要部位の変
位を抑えることができ、より高解像度なマトリクストラ
ンスデューサを実現できると言う効果を有する。
【図1】本発明によるマトリクストランスデューサの製
法と構造を示す図。
法と構造を示す図。
【図2】本発明によるマトリクストランスデューサの原
理を示す図。
理を示す図。
【図3】本発明によるマトリクストランスデューサの製
法と構造の第2の実施例を示す図。
法と構造の第2の実施例を示す図。
【図4】本発明によるマトリクストランスデューサの製
法と構造の第3の実施例を示す図。
法と構造の第3の実施例を示す図。
【図5】本発明によるマトリクストランスデューサの製
法と構造の第4の実施例を示す図。
法と構造の第4の実施例を示す図。
【図6】従来のマトリクストランスデューサの構造と問
題を示す図。
題を示す図。
1 圧電基板 2 セグメント電極 3 コモン電極
Claims (4)
- 【請求項1】 分極に偏りを有する圧電性基板と、この
圧電性基板の表面と裏面に配された少なくとも2対の電
極と、この電極間に電圧を選択的に印加する駆動手段と
を備えたことを特徴とするマトリクストランスデュー
サ。 - 【請求項2】 前記圧電性基板の前記電極対に挟持され
た部分のみが分極されていることを特徴とする請求項1
記載のマトリクストランスデューサ。 - 【請求項3】 前記圧電性基板の前記電極対に挟持され
た部分と前記電極対に挟持されていない部分の分極方向
が異なることを特徴とする請求項1記載のマトリクスト
ランスデューサ。 - 【請求項4】 前記圧電性基板が複数枚の圧電性基板を
積層してなることを特徴とする請求項1記載のマトリク
ストランスデューサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20935491A JPH0548171A (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | マトリクストランスデユーサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20935491A JPH0548171A (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | マトリクストランスデユーサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548171A true JPH0548171A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16571560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20935491A Pending JPH0548171A (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | マトリクストランスデユーサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0548171A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005123554A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-05-12 | Murata Mfg Co Ltd | 積層型圧電素子とその製造方法 |
| JP2009241393A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータ及び液体移送装置、並びに、圧電アクチュエータの製造方法 |
| JP2011515833A (ja) * | 2008-02-29 | 2011-05-19 | ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク | 薄膜のためのフラッシュ光アニーリング |
| JPWO2022176689A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP20935491A patent/JPH0548171A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8186812B2 (en) | 2008-03-31 | 2012-05-29 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, liquid transporting apparatus, and method for manufacturing piezoelectric actuator |
| JPWO2022176689A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | ||
| WO2022176689A1 (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 信越化学工業株式会社 | 複合ウェーハおよびその製造方法 |
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