JPH0564920B2 - - Google Patents

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JPH0564920B2
JPH0564920B2 JP62086441A JP8644187A JPH0564920B2 JP H0564920 B2 JPH0564920 B2 JP H0564920B2 JP 62086441 A JP62086441 A JP 62086441A JP 8644187 A JP8644187 A JP 8644187A JP H0564920 B2 JPH0564920 B2 JP H0564920B2
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JP
Japan
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electrode
piezoelectric vibrator
damping
excitation
excitation electrode
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Chogo Sekine
Ryoichi Kimura
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Japan Radio Co Ltd
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Japan Radio Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62Hybrid vehicles

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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電歪現象を利用して超音波を発生する
圧電振動子に関し、一層詳細には、直方体圧電振
動子の対向する二面に電極パターンを適切に形成
し、その両電極間に交流電圧を印加することによ
り超音波の放射パターンに関連して発生するサイ
ドローブを著しく抑圧することを可能とする圧電
振動子に関する。
[発明の背景] 圧電振動子は電気信号を音波信号に変換し、ま
たは音波信号を電気信号に変換する、所謂、送受
波機能を有する電気音響変換素子である。その
中、超音波を発生する圧電振動子は超音波が液体
中、特に、水中でその信号減衰が比較的少ないこ
と、あるいは波長に比べて音源の寸法を大きく選
択することが比較的容易であり、音波の指向性を
鋭くすることが可能であること等から音響測深
機、特に、魚群探知機に広く採用されている。
ここで、音波の指向特性とは送受波機能を有す
る圧電振動子から音波がどの範囲に送信され、ま
た、どの範囲の音波が受信されるかの特性を表現
するもので、魚群探知機の実用性に鑑み極めて重
要なフアクターであると謂えよう。
第1図に圧電振動子から発生する音波の指向特
性についての例を示す。図から容易に諒解される
ように、圧電振動子2に直交する方向の中心軸4
上の音圧が最も強く、中心軸からの変位角θの増
加と共に音圧が減少する。この場合、中心軸4上
の音波ビームをメインローブMと称し、側方の音
波ビームをサイドローブSと称する。また、同じ
圧電振動子を使用して送受信を行う場合には、指
向特性倍が二乗倍にきくのでメインローブMの中
で音圧が中心軸4の値より3dB減少する角度θ-3dB
も指向特性を表す指標として重要である。
ところで、第1図に示す音波の指向特性の中、
サイドローブSの存在は前記音波を発生する圧電
振動子を魚群探知機に採用した時にサイドローブ
Sに係る反射信号、例えば、魚群等からの反射信
号がメインローブMからの反射信号であると錯誤
する場合が生じる。この場合、魚群探知機のデイ
スプレイ上に表示された魚群の方位を信頼して、
すなわち、魚群の方位を誤認した状態で投網を開
始しても当該投網域には魚群は存在せず、操業効
率を低下させる欠点が指摘されている。
この不要なサイドローブSを抑圧するため、直
方体超音波圧電振動子の対向する面の電極パター
ンを特別な形状に形成する方策が知られている。
この方策に係る従来の技術思想について述べる
前に、その従来技術の問題点の所在を一層明確に
するため、先ず、圧電振動子の基本的な電極パタ
ーンとその電極パターンに付随して発生するサイ
ドローブSの大きさとの関係について述べる。
通常、サイドローブSの抑圧量はサイドローブ
抑圧比R;R=20logB/Aとして表現される。
ここで、参照符号AはメインローブMの最大音圧
レベルであり、参照符号BはサイドローブSの最
大音圧レベルである(第1図参照)。今、直方体
圧電振動子6の電極パターンが、第2図に示すよ
うに、対向する二面の全面が電極パターン8a,
8bである最も基本的な場合に、その直方体圧電
振動子6の超音波輻射面USの表面においては、
第3図aに示すように、発生する音圧レベルが長
軸lに対して等振幅である振幅特性曲線が得られ
る。そして、この場合のサイドローブ抑圧比Rは
略13.5dBとなることが知られている。なお、こ
のサイドローブ抑圧比Rを無限大にするためには
前記音圧に係る振幅特性曲線を、例えば、第3図
bに示すように、略cos二乗特性曲線に相似した
特性曲線にすればよいことが解明されている。
次に、この観点から従来技術に係る電極パター
ンの形成例について検討してみよう。この技術的
思想は、例えば、特公昭第58−32558号に開示さ
れている。すなわち、この例では、第4図に示す
ように、直方体圧電振動子の対向する二面の電極
パターンの中、一方の面の電極パターンを斜めの
方向に切断して励振電極Cと制振電極E1,E2
に区分し、両端部においてその振動エネルギが抑
圧される構成としている。そのため、超音波輻射
面USから放射される超音波は輻射面USの中央部
から最も強く放射され、端部に近づくに従つて
徐々に弱まる如く放射されると記述されている。
然しながら、この場合において、そのパターン
形状を精細に検討すれば明らかなように、励振電
極Cと制振電極E1,E2の配置形状が直線的であ
るので、直方体超音波圧電振動子に係るサイドロ
ーブSを抑制する効果が不十分となる。すなわ
ち、この従来技術においては、前記音圧に係る振
幅特性曲線の形状が略二等辺三角形の形状となる
ので、サイドローブ抑圧比Rは略20dBであり、
サイドローブSに係る魚群等の反射信号をメイン
ローブMに係る反射信号として誤認する虞は解消
されるに至つていない。
さらにまた、この発明に開示された圧電振動子
の電極パターン形状は振動子の中心に対して上下
左右対称な条件が満足されていないため、不必要
な振動を惹起し、放射パターンに乱れが生ずる虞
を内包すると共に電気・超音波変換効率が低下す
るという種々の欠点を露呈している。
そこで、これらの欠点を解消するために、直方
体超音波圧電振動子を多数枚積層して上下左右対
称な電極構成とし、その上で略cos二乗電圧分布
に従うように、夫々の圧電振動子に電圧を供給す
る構成とする多層形圧電振動子を得る試みもなさ
れているが、係る構成においては、最終製品とし
ての圧電振動子の製作に時間がかかり、結局のと
ころ、製造コストを上昇させるという新たな不都
合を露呈している。
[発明の目的] 本発明は前記の不都合を悉く克服するためにな
されたものであつて、直方体状の圧電振動子の対
向する二面に電極パターンを上下対称に、しかも
略cos二乗曲線に従う形状に配置した励振電極と
制振電極とを配設している。このため、その両電
極間に交流電圧を印加することにより超音波の放
射パターンに発生するサイドローブSを略零に抑
圧することが可能となり、その上、製造上も電極
の形成が極めて容易な超音波圧電振動子を提供す
ることを目的とする。
[目的を達成するための手段] 前記の目的を達成するために、本発明は超音波
を発生する直方体形状の圧電振動子において、超
音波輻射面に対して直交し且つ相対向する電極面
を、互いに実質的に合同な形状であつて且つ夫々
の電極面の中心位置を交点として直交する軸に対
して上下左右対称な1個の励振電極と一対の制振
電極とを含む電極形状に形成し、夫々の電極面の
長手方向の単位長あたりの励振電極の面積を中心
部から両端部に指向して徐々に狭小となるように
形成すると共に、長手方向の単位長あたりの制振
電極の面積を両端部から中央部に指向して徐々に
狭小となるように画成し、一方の電極面の制振電
極を対向する他の電極面の励振電極と電気的に接
続するよう構成することを特徴とする。
[実施態様] 次に、本発明に係る圧電振動子について好適な
実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下
詳細に説明する。なお、第1図乃至第4図の示す
構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を
付し、その詳細な説明は省略する。
第5図において、参照符号10は本発明に係る
電気回路駆動部を含む直方体状の圧電振動子を示
す。この圧電振動子10の形状は正確には薄肉の
直方体形状であつて、その対向する二面に略合同
図形的に電極パターンが形成されている。この場
合、図中、正面部12および背面部14にはその
全面に亘つてその面の中央部を中心として両端部
まで延在する夫々1個の励振電極16,18と両
端部から中央部に指向して延在する一対の制振電
極20a,20bと22a,22bとが配設さ
れ、励振電極16,18と制振電極20a,20
bの周面は互いに絶縁されるように形成されてい
る。
この場合において、励振電極16,18の長手
方向の単位長あたりの電極面積は中央部に原点と
して両端部に指向して、cos二乗曲線に対応して
徐々に減少する面積配分に画成されると共に、制
振電極20a,20bと22a,22bの長手方
向の単位長あたりの電極面積は両端部から中央部
に指向して(1−cos二乗)の曲線に比例して
徐々に減少する面積配分として形成されている。
なお、夫々の電極はシルクスクリーン方法によつ
て印刷形成することが可能であり、そのため、曲
線形状の正確性を保持しつつ且つ量産性に適した
電極形状とすることが出来る。
このような構成において、正面部12に画成さ
れた励振電極16は背面部14に画成された一対
の制振電極22a,22bと電気的に接続される
と共に、正面部12に画成された一対の制振電極
20a,20bと背面部14に画成された励振電
極18とは電気的に接続されている。そして、当
該正面部12の励振電極16と背面部14の励振
電極18の間には交流電源Eが接続されている。
本発明に係る直方体圧電振動子は基本的には以
上のように構成されるものであり、次にその作用
並びに効果について説明する。
一般に、電歪現象を利用した圧電振動子には交
流電圧を印加する方法でその励振を行うとされて
おり、実際には、共振周波数に係る交流電源Eの
印加によつて前記圧電振動子10は輻射面US
ら上方または輻射面USの対向する面から下方に
向けて超音波を放射する。この場合、超音波の指
向特性は圧電振動子10の長手方向の両端部側に
同電位の制振電極20a,20bと22a,22
bが相対向して存在するため、圧電振動子10は
その端部側においては制振され長手方向に指向し
て中央部にいくに従い強く励振されるように動作
する。そして、この場合、前記したように、励振
電極16,18の単位長あたりの電極面積を、例
えば、略cos二乗特性に比例するように形成して
いるので、輻射面USから放射される超音波は、
殆ど、サイドローブSのない放射パターンとする
ことが出来る。なお、その際、メインローブMの
指向特性パターンを第2図に示す基本的な電極構
成の圧電振動子と略同一のθ-3dB角とするために
は、短手方向の長さl2が前記基本圧電振動子と同
一という条件のもとで、その長手方向の長さl1
l1>lと形成することが好適である。
第6図に本発明に係る圧電振動子の他の実施態
様を示す。第6図において、参照符号24は正面
部12に配置された励振電極であり、参照符号2
6a乃至26dは制振電極である。この場合、背
面部14には正面部12と略合同図形的に励振電
極28と制振電極30a乃至30dが形成され、
正面部12の励振電極24と背面部14の制振電
極30a乃至30dとは電気的に接続されると共
に、正面部12の制振電極26a乃至26dと背
面部14の励振電極28とが電気的に接続され
る。そこで、励振電極24,28間に交流電源E
が印加されることにより輻射面USから音波が放
射される。この場合においても、励振電極24,
28の長手方向の単位長あたりの電極面積を長手
方向中央の点を原点として両端部側に指向して略
cos二乗曲線に比例する面積区分とし、一方、制
振電極26a乃至26d,30a乃至30dにあ
つては長手方向の両端部側から中央部に指向して
(1−cos二乗)曲線に比例する面積配分を持つ形
状としている。このことによりサイドローブの抑
圧可能な超音波放射パターンを得ることが出来
る。
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、圧電振動子の
表裏に配設した励振電極と制振電極とを上下左右
対象の電極パターンに形成し、しかもその電極面
積をcos二乗曲線に従うパターン形状に形成して
いる。そのため、放射される超音波の指向特性が
鋭くなり、超音波の放射パターンに発生するサイ
ドローブを略零に抑圧することが可能となる。さ
らに、励振電極および制振電極は電極面の中心点
を通る直交軸に対し上下左右に対称な形状に形成
されているために不要な振動モードが生ずること
がなく、放射パターンが乱れるようなことがない
という効果も得られる。しかも、電極の形成方法
はシルクスクリーン印刷方法としているため製造
コストを上昇させることなしに複雑な形状の電極
パターンの形成も極めて容易に実現することが可
能となる効果を奏する。
以上、本発明について好適な実施態様を挙げて
説明したが、本発明はこの実施態様に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の改良並びに設計の変更が可能なこと
は勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は圧電振動子から発生する超音波の指向
特性の説明図、第2図は従来の基本的電極形状を
有する直方体圧電振動子の斜視説明図、第3図a
は第2図に示す圧電振動子に係る振幅特性曲線
図、第3図bはcos二乗振幅特性曲線図、第4図
は従来技術に係る圧電振動子の斜視説明図、第5
図は本発明に係る電気回路駆動部を含む圧電振動
子の斜視説明図、第6図は本発明に係る圧電振動
子の他の実施態様を示す斜視説明図である。 10……圧電振動子、12……正面部、14…
…背面部、16,18……励振電極、20a,2
0b,22a,22b……制振電極、24……励
振電極、26a〜26d……制振電極、28……
励振電極、30a〜30d……制振電極、E……
交流電源、M……メインローブ、S……サイドロ
ーブ、US……超音波輻射面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 超音波を発生する直方体形状の圧電振動子に
    おいて、超音波輻射面に対して直交し且つ相対向
    する電極面を、互いに実質的に合同な形状であつ
    て且つ夫々の電極面の中心位置を交点として直交
    する軸に対して上下左右対称な1個の励振電極と
    一対の制振電極とを含む電極形状に形成し、夫々
    の電極面の長手方向の単位長あたりの励振電極の
    面積を中央部から両端部に指向して徐々に狭小と
    なるように形成すると共に、長手方向の単位長あ
    たりの制振電極の面積を両端部から中央部に指向
    して徐々に狭小となるように画成し、一方の電極
    面の制振電極を対向する他の電極面の励振電極と
    電気的に接続するよう構成することを特徴とする
    圧電振動子。 2 特許請求の範囲第1項記載の圧電振動子にお
    いて、励振電極と制振電極の面積の狭小化形状は
    超音波の指向特性中のサイドローブが小さくなる
    よう、非直線の関数に従う形状に構成してなる圧
    電振動子。
JP62086441A 1987-04-07 1987-04-07 圧電振動子 Granted JPS63250999A (ja)

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JPS5826719A (ja) * 1981-08-10 1983-02-17 Konan Sekkei Kogyo Kk 長尺棒材の取出し方法
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