JPS58156295A - 圧電変換器 - Google Patents

圧電変換器

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JPS58156295A
JPS58156295A JP57039627A JP3962782A JPS58156295A JP S58156295 A JPS58156295 A JP S58156295A JP 57039627 A JP57039627 A JP 57039627A JP 3962782 A JP3962782 A JP 3962782A JP S58156295 A JPS58156295 A JP S58156295A
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electrode
polarization
piezoelectric
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piezoelectric transducer
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JPS6133517B2 (ja
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Yasuto Takeuchi
康人 竹内
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
Yokogawa Hokushin Electric Corp
Yokogawa Electric Works Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、アレイトランスデユーサ型の圧電変換器およ
びその製造方法に関するものであり、このような圧電変
換器は、たとえば超音波診断器筐の振動子などに用いら
れる。
〔従来技術の説明〕
従来、多数の電気音響変換素子を配列し九アレイトラン
スデューサ型の圧電変換器が知られているが、このもの
は、各々独立のエレメントとなっている圧電素子を多数
個組み込んで製造するものである念め、その製造工程が
繁雑で手間がかかる。
また、これらの圧電素子は、均一材料を均一に分極させ
た構造のものであるため、周波数特性は、第1図に示す
ように、感度が零となる周波数部分を有する帯域制限的
々ものとなって、実用上大変に不便である。これを解決
した振動子としては、Van der pauw 構造
、すなわちストライプ電極直下の分極の強さが奥に行く
に従って減少して零に収束する構造の振動子が知られて
いる。しかし、この振動子は、そのエレメント単位とし
て、ストライプ電極を対にしたものを用いる必要があり
、各ストライプ電極を1つ1つの独立したエレメントと
して用いることができず、そのうえエレメントの幅は、
分極分布の深さに対してその自由度が制限されるので不
便である。また、Van dsr paww構造に近似
し次構造の振動子としては多層圧電材料による振動子が
あるが、これは専用の圧電板を必要とし、一般の汎用材
料を用いることができず、その製造方法も繁雑なもので
ある。
〔発明の目的〕
本発明は、そのインパルス応答が広いスペクトラムを有
する単一パルスとなるVan dar pauw 構造
を有し、かつ、ストライプ電極の各々が十分に独立した
音響学的エレメントの1つ1つにこまかいピッチでなる
ようなアレイトランスデユーサ屋の圧電変換器と、この
ような圧電変換器を容易に製造することができる製造方
法とを提供することを目的とする。
〔発明の要点〕
本発明の圧電変換器は、板状圧電材料の一方の面に複数
の駆動電極を形成し、その他方の面に対向電極を形成し
、この駆動電極直下の圧電材料の分極の強さが駆動電極
から対向電極に向う最短距離方向に漸次に減少するよう
に構成したことを特徴とする。
また、本発明の製造方法は、板状圧電材料の一方のWJ
K複数の駆動電極を配設する第1の工程と、隣接する各
駆動電極への印加電圧が互いに逆極性となるようにして
各駆動電極に分極付与電圧の印加を行う第2の工程と、
板状圧電材料の他方の面に対向電極を設ける第3の工程
とを含むことを特徴とする。
〔実施例による説明〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2図は、本発明製造方法を用いて製造した本発明の第
1実施例圧電変換器の側断面図である。
同図において、1は圧電板であり、pzT(ジA、 コ
ア f fi 7酸鉛: Pb(Zr、Ti )05 
)、 PbNb204(メタニオブ酸鉛)などの圧電セ
ランツク材料でできている。この圧電板1の一方の面に
は、駆動電極として複数のストライプ電極2.、 2b
x  2゜、・・・・・・、2nをピッチ間隔Pの等間
隔で配設する。このストライプ電極2..2b、・・−
・・・、2nは、その幅Wが2 P程度であることが望
ましい。それぞれのストライプ電極2a、2b、・・・
・・・2nにはリード線諷、3b、・・・・・・、3n
を接続する。また、その他方の面には全面に対向電極4
を被着し、この対向電極4tリード線で接地する。各ス
トライプ電極2IL% 2bs・・・・・・、2nの直
下の圧電板10分極の強さは、第3図に自線■で示すよ
うに、この各ストライプ電極2..2b、・・・・・・
、2nから最短距離を通って対向電極4に達する方向に
漸次に減少し、この対向電極4の付近でほぼ零に収束し
ている。そして、その分極の極性は、第2図中におりて
垂直方向を向いていて、隣接するストライプ電極毎に交
互に逆極性となっている。
各ストライプ電極2&、2b、・・・・−・、2nのピ
ッチ間隔Pと圧電板1の厚さtとの比P/lの値はほぼ
1となっている。
このように圧電変換器を構成すると、第4図に示すよう
に、その周波t&特性に感度零の点がなくなり、広いス
ペクトラムを有するインパルス応答の良好な振動子を得
ることができる。
この圧電変換器の使用法として、念とえば超音波診断装
置の振動子のりニヤスキャン、らるいはセクタスキャン
に用いる場合について説明する。
この場合には、対向電極4に対して各ストライプ電極2
a、2b、・・・・・・、2nをそれぞれ独立した1つ
のエレメントとして取り扱い、対向電極4と各ストライ
プ電極2aq2b、・・・・−% 2nとの間で信号の
送受を行う。各エレメントの分極の極性は交互に逆方向
となっているが、両極性の送波パルスを発生するとその
処理が複雑となるので、ストライプ電極は、奇数番目2
a12゜、・・・−・、2n s あるいは偶数番目2
kl、2(L、・・・・・・、21Elのいずれか一方
のみを使用する。このように分極が交互に反転している
ので、探触子を含む回路のコモンモード・ノイズが打消
されることにな夛有利である。豐信に際しては、受信波
の極性反転が簡単にできるので、全ストライプ電極2a
、2kls−・−12nを用いる。
第5図は、本発明の第2実施例圧電変換器の側断面図で
ある。
この変換器では、各ストライプ電極21.2b、・・・
・・・、2nの間の圧電板lの面に溝部111% lb
、・−・・・・、Inを形成して各エレメントの独立性
を増している。
ストライプ電極2& 、2b % 由・・・、2nの上
には、石英ガラス層5とトリアセチルセルロース層6と
からなる対負荷マツチング層を設け、さらにその上にシ
リコンゴムレンズ7を取シ付ける。また対向電1ii4
011にはバッキング材8を散り付ける。
このような構成にすると、望ましくない振動を除去でき
るとと−に、砿検体に対する整合を良好なものにするこ
とができる。
次に上述の圧電変換器の製造方法について説明する。
第6図に示すように、まず圧電板1の一方の面にストラ
イプ電極2a、2b、・・・・・・% 2nをピッチ間
隔Pで配設する。この配設け、圧電板1の厚さをtとす
るとき、P/lの値がα1ないし10@度、特にI15
ないし2程度となることが実用上置も望ましく、本実施
例では、P/lζ1である。
次に、奇数番目のストライプ電極21.2゜、・・・・
・・、2nを一括して正電圧電源に、また偶数番目のス
トライプ電極2b、2d、・・・・・・、2mを一括し
て負電圧電源にそれぞれ接続し、隣夛合うストライプ電
極への電圧印加が互いに逆極性となるようにして、分極
付与電圧の印加を行う。すると、[7図に示すように、
圧電板1の内部では、正電圧側ストライプ電極から負電
圧側ストライプ電極に向う矢印(イ)で示す電界が生じ
る。この電界は、ストライプ電極2&、2b、・・・・
・・、2nの直下で最も強く、分極付与電圧を適当に選
ぶことにより、対向電極4の付近ではほぼ零となる。付
与される分極の強さは、第3図の画線(、a)で示すよ
うに、ストライプ電1j2a、2b、・・・・−12n
から対向電極4に向う方向に漸次に減少して対向電極4
付近でほぼ零に収束する。ま次、分極の極性は、第6図
で垂直方向を向いていて、隣シ合うストライプ電極2a
、2b、・・・・・・、2n毎に逆方向を向いた本のと
なる。なお、第7図中の点線(ロ)は等電位線である。
圧電板lへの分極の付与が終了し九ら、圧電板1の他方
の面に全面に対向電極4を被着して圧電変換器とする。
第5図に示した例のように、ストライプ電極間に溝部を
形成する場合には、圧電[1に分極を付与した俵に行う
。それ以前に行うと前述し要覧界分布が得られないので
、Van dlr pauW構造を得ることができない
なお、分極電圧の印加をP )) tの関係において行
うと、電界はそのはとんどがストライプ電極間を水平方
向に向く成分だけとな夛、そこが役に豆皮ない水平方向
に分極されるだけで、ストライプ電極直下に満足できる
Van der pauw構造を得ることができず、望
ましくない。第3図の点線■はこの場合の分極分布を示
したものである。
ま九、P ((tであるときには、第3WJの点線■に
示すような圧電板lの内部で分極の強さが零に収束して
しまう分極分布となる。この場合には、Van der
 pauw構造を得ることはできるが、各ストライプ電
極21L、2b、・・曲、2nを各々独立し次エレメン
トとすることが難しくなシ、やはり望ましくなho 本製造方法にシいて、対向電極4の被着を分極付与電圧
の印加より後に行うことが望ましい理由は次の通シであ
る。
すなわち、先に対向電極4を被着すると、分極付与電圧
を印加しても、圧電板1の中での電界と電気力線とが対
向電極4のある方へ呼びよせられて、ストライプ電極k
、2b、”・・・・、2nと対向電極4との間に一様な
電界分布が生じ、分極の強さが対向電極4付近に向って
徐々に零に収束するというVan der pauw構
造を得ることがてきなくなる。もつとも、P<<tであ
るときには、対向電極4が先に被着されていても、はと
んど影響はないが、この場合には前述したように、各ス
トライプ電極を各々独立したエレメントとし雛くなる。
したがって、対向電極4を先に被着するか否かは、上述
の問題点およびP/lの比をよ〈考直して行う必要があ
る。
〔応用例の説明〕
本発明圧電変換器に用いる圧電材料は、本実施例に示し
たものに限定されるものではなく、いわゆる強鐸電圧電
材料であれば何でもよい。また、本発明圧電変換器を探
触子等に実装するに際しての実施態様、すなわち音響イ
ンピーダンスの整合構造、圧電板の加工形状、駆動およ
び対向電極の形状およびその配置位置などは、本実施例
に制限される−のでないことは勿論のことである。
〔効果の説明〕
以上説明し友ように、本発明によれば、Vand@r 
plLuW構造を有し、かつ、ストライプ電極缶々が十
分Kfi立した音響的エレメントとなるアレイトランス
デユーサ蓋の圧電変換器を得ることができる。このよう
な圧電変換器は、広帯斌スペクトラムを有する単一パル
スを良好に発生できるというインパルス応答が優れたも
のであり、その実用的価値祉極めて嶌い。
また本発明製造方法によれば、従来のアレイトランスデ
ューザのように多数の圧電素子をそれぞれ組み込むとい
った繁雑な工程が必要でなくなシ、上述の圧電変換器を
極めて簡単に製造することができる。さらに、圧電材料
は汎用のもので足りるので、その製造単価も安価にでを
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の圧電変換器の周液数特性図。 第2図は本発明の第1実施例圧電変換器の儒断面図。 第3図は圧電板内の分極の強さの分布図。 第4図は本発明圧電変換器の周波数特性図。 第5図は本発明の第2実施例圧電変換器の儒断面図。 第6図は本発明製造方法を説明するための図。 第7図は圧電板内での電界分布を説明する図。 1・−・圧電板、2・・・ストライプ電極、4・・・対
向電極。 特許出願人 株式会社横河電機製作所 代理人 弁理士 井 出 直 孝 市3(21児40

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  板状圧電材料の一方の面に値数O駆動電極が
    形成され、その他方の面に対向電極が形成され、上記駆
    動電極直下の上記圧電材料O分極の強さがこの駆動電極
    から上記対向電@に向う最短距離方向に漸次に減少する
    ように構成され友圧電変換器。
  2. (2)  対向電極に向って漸次に減少する分極の強さ
    がこの対向電極付近でほぼ零に収束する特許請求の範囲
    第(1)項に記載の圧電変換器。
  3. (3)隣接する駆動電極直下O分極の極性が互いに逆極
    性である特許請求OSm第(1)項または第(2)項に
    記載の圧電変換器。
  4. (4)隣接する駆動電極間O圧電材料函に溝部が形成さ
    れた特許請求の範囲第(1)項ないし第(3)項のいず
    れかの項に記載の圧電変換器。
  5. (5)板状圧電材料の一方01jK複数の駆動電極を配
    設する第1の工程と、 隣接する上記各駆動電極への印加電圧が互いに逆極性と
    なるようにして上記各駆動電極に分極付与電圧の印加を
    行う第2の工程と、 上記板状圧電材料の他方の面に対向電極を設ける第5の
    工程とを含む圧電変換器の製造方法。
  6. (6)板状圧電材料の厚さをtとし、駆動電極が隣接し
    て配列されるピッチ間隔をpとするとき、’/lの値が
    α5ないし2となるようにこの駆動電極を配設する特許
    請求の範囲第(5)項に記載の圧電変換器の製造方法。
JP57039627A 1982-03-12 1982-03-12 圧電変換器 Granted JPS58156295A (ja)

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JPS6133517B2 JPS6133517B2 (ja) 1986-08-02

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59207137A (ja) * 1983-05-11 1984-11-24 株式会社日立製作所 超音波探触子
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JP2007135953A (ja) * 2005-11-21 2007-06-07 Aloka Co Ltd 超音波診断装置の受信回路
JP2008125609A (ja) * 2006-11-17 2008-06-05 Seiko Instruments Inc 生体情報算出装置及び生体情報算出方法
JP2009061112A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc 超音波探触子および超音波撮像装置
JPWO2022071522A1 (ja) * 2020-10-02 2022-04-07

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