JP2745147B2

JP2745147B2 - 圧電変換素子

Info

Publication number: JP2745147B2
Application number: JP1076294A
Authority: JP
Inventors: 晴海金井; 良明田中; 和康疋田
Original assignee: 三菱マテリアル株式会社
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: GB2230159A; JPH02253798A; GB9006801D0; DE4008768A1; GB2230159B; US5142511A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電気信号を音波その他の機械的振動に、ま
たは機械的振動を電気信号に変換する圧電変換素子に関
する。本発明は、音波の発散、収束、送信、受信その他
に利用される。本発明は、水中または人体中への音波の
送受信に利用するに適し、特に、超音波診断装置の探触
子に利用するに適する。

〔概要〕

本発明は、曲面状に成形された圧電性基板の両面に電
極が設けられた圧電変換素子において、少なくとも一方の電極を同心円状に分割し、さらに、
圧電材料として広がり振動の電気機械結合係数Ｋ_pが小
さい材料を用いることにより、音波の音場を任意に収束させることができ、しかも横
方向への不要な振動による雑音や残響を低減するもので
ある。

〔従来の技術〕

電気信号を音波その他の機械的振動に変換したり、機
械的振動を電気信号に変換するため、従来から圧電変換
素子が用いられている。圧電変換素子は、電圧印加によ
る圧電材料の形状変化、またはその逆に圧電材料に圧力
を加えることにより生じる電圧を利用し、電気信号と機
械的振動とを相互に変換するものである。

圧電変換素子の利用例として、医用の超音波診断装置
や非破壊材料試験装置などの探触子が知られている。例
えば、「超音波診断装置の最近の進歩」、日本音響学会
誌36巻11号（1980）、第576頁から第580頁には、超音波
ビームの走査方式、リニア電子走査の原理、セクタ電子
走査、ビームの偏向の原理などが説明され、医用の超音
波画像をいかにして得ているかが解説されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、探触子として用いられる圧電変換素子の分解
能は、十分とはいえないのが現状である。

分解能を高めるためには、位置精度の改善、時間分解
能の改善、検体との音響インピーダンスの整合性を高め
るなどの対策が必要である。

位置精度を改善するには、超音波ビームの焦点を点状
に収束させることが望ましい。リニア走査方式の探触子
では、超音波ビームが直線状に焦点を結ぶ欠点があっ
た。超音波ビームの焦点を点状に結ばせるためには、発
音源が曲面、特に球面であることが望ましい。

本出願人は、発音源が曲面である圧電変換素子につい
て既に特許出願した（特開昭60-111600、以下「第一の
先願」という）。この第一の先願の明細書および図面に
は、曲面基体上に曲面圧電素子を形成した例が示され、
音波の収束および発散について説明されている。しか
し、この素子は探触子としての使用を目的としているわ
けではなく、ビームの焦点位置制御については考慮され
ていない。

この第一の先願の素子を用いて放射ビームの収束位置
を制御するには、同心円状にリング状の電極を形成して
複数の圧電変換要素を形成し、それぞれに加える駆動パ
ルスを順次遅延させる方法が考えられる。ただし、この
構造は、以下に説明する時間分解能の点で問題がある。

時間分解能を改善するには、受波の残響を短縮し、減
衰に要する時間を短縮することが必要である。従来から
用いられている密体の圧電材料では、同一の圧電材料上
に複数の電極を設けると、一つの電極を駆動した影響、
特に振動や電界が他の電極に伝搬してしまう。探触子
は、同一の素子を用いて、電気的な駆動パルスによって
励起した音波を目標物体（例えば生体組織）に照射する
とともに、そこで反射した音波を受信して再び電気信号
に変換している。このため、振動や電圧が他の要素に漏
れると、外部から超音波信号が入射したと同じ状態とな
り、雑音の原因となる。

この問題を解決する一つの手段として、電極だけでな
く圧電材料についても分割すればよい。本出願人は、位
置精度と時間分解能との双方を改善できる素子として、
圧電材料と電極との双方を分割して同心円状に配置した
圧電変換素子について既に特許出願した（平成元年３月
７日出願、以下「第二の先願」という）。しかし、この
第二の先願では、音響インピーダンスの整合性について
あまり考慮していない。

圧電材料と生体または水との間の音響インピーダンス
に不整合がある場合には、圧電変換素子から発生した音
響および反射してきた音響が大きく減衰する。音響の減
衰が大きいと、受波信号の感度が低下し、鮮明な画像を
得ることが困難になる。したがって、超音波診断装置の
探触子として用いられる圧電変換素子の音響インピーダ
ンスは、水に近いことが望ましい。

本発明は、以上の課題を解決し、隣接する圧電要素間
の振動の伝達による雑音や残響による分解能の低下を防
止し、しかも音響インピーダンスが水に近い圧電変換素
子を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の圧電変換素子は、曲面状に成形された圧電性
基板の両面に電極が設けられ、少なくとも一方の面の電
極が同心円状に分割されて互いに電気的に絶縁された圧
電変換素子において、前記圧電性基板が、面方向に拡散
する振動（以下「拡がり振動モード」という）の電気機
械結合係数Ｋ_pが0.3以下の材料で形成されたことを特徴
とする。

圧電性基板はさらに、機械的品質係数Ｑ_mが30以下の
材料で形成されることが望ましい。このような材料とし
て、空孔率が30体積％以上のチタン酸ジルコン酸鉛が適
している。また、空孔率が30体積％以上のチタン酸バリ
ウム、チタン酸鉛系化合物、チタン酸ジルコン酸鉛系化
合物またはこれらの混合物を用いることもできる。機械
的品質係数Ｑ_mの小さい材料としては、ポリフッ化ビニ
リデンやその重合体を用いることができる。

圧電性基板は球面形状に加工されていることが望まし
い。

圧電性基板の厚さは1mm以下が望ましく、数MHzの超音
波を発生または受信するためには、0.7mm以下であるこ
とが望ましい。

分割された電極は、その中央の電極が円形であり、そ
の周囲の電極が同心円リング形であることが望ましい。
分割されたすべての電極がリング形でもよい。また、円
形またはリング形の電極が例えば放射状に分割されてい
てもよい。これらの分割された電極と対向する側の電極
は、圧電性基板の一方の面のほぼ全面に形成されている
ことが望ましい。

圧電性基板を挟んで互いに対向する第一の電極と第二
の電極との間のそれぞれの静電容量が実質的に等しく形
成されていることが望ましい。

使用上は、圧電変換素子の表面および端面が樹脂被膜
で覆われることが望ましい。

〔作用〕

圧電性基板の拡がり振動モードの機械的結合係数Ｋ_p
が小さいため、隣接する領域に伝わる機械的な応力や振
動を削減することができる。したがって、複数の電極を
独立に駆動する場合に、隣接する電極を駆動する信号電
圧の影響が少なく、より高精度で音場を収束または発散
させることができる。

機械的結合係数Ｋ_pの小さい材料としては、多孔性圧
電セラミックスが適している。このようなセラミックス
はまた、機械的品質係数Ｑ_mの値が小さく、受信した振
動を速やかに減衰させることができ、水に近い音響イン
ピーダンスが得られる。このため、圧電変換素子から出
力される音波の減衰を低減するとともに、水中から反射
してくる音波の減衰を低減することができる。

ここで、音場の収束について説明する。曲面形状の圧
電変換素子は、上述した第一の先願に示されたように、
凹面側で音場が収束する音響レンズとして動作し、球面
形状の場合には音場が球心で焦点を結ぶ。また、電極を
同心円状に分割し、これを同一位相の電圧で駆動した場
合にも同様に、音場が球心で焦点を結ぶ。

これに対して、同心円状に配列された電極を外側から
時間的にずらして順に駆動すると、その駆動のタイミン
グにより、機械的振動、特に音波を任意の一点で収束さ
せることができる。

このような一点で収束する音場を以下「収束音場」と
いう。

収束音場は、緻密な材料で形成された圧電性基板にリ
ング状の同心円電極を形成し、外側から順番に駆動して
も得られる。しかし、ひとつの電極を電気的に駆動した
とき、機械的な応力や振動および電界が、圧電材料を介
して隣接した要素に伝搬してしまう。このため、隣接し
た要素から音波や振動が発生し、音場の収束性が低下す
るとともに、雑音の原因となる。機械的結合係数Ｋ_pの
小さい材料を用いることにより、この問題が解決され
る。

また、圧電変換素子を曲面状、特に球面状に成形した
場合には、さらに高精度に音場を収束または発散させる
ことができる。

互いに対向する電極の間の静電容量を等しくすること
により、駆動電源側のインピーダンス調整が容易とな
り、各電極の入力パワー配分を容易に調整できる。

素子の表面および端面が樹脂被膜で覆うことにより、
電極間の絶縁性を高めることができ、耐環境性を向上さ
せることができる。また、この樹脂被膜をバッキング層
とすることにより、不要な音響や振動を吸収することが
でき、音場への影響を減少させることができる。また、
この樹脂被膜をマッチング層として用いることもでき、
音波を発生する間隔を短縮でき、時間分解能を高めるこ
とができる。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明第一実施例の圧電変換素
子を示し、第１図は上面図、第２図は第１図の線２−
２′に沿った断面図を示す。

この圧電変換素子は、曲面形状に成形された圧電性基
板１と、この圧電性基板１の一方の面に形成された第一
の電極２と、この圧電性基板１の他方の面に形成された
第二の電極３とを備え、第一の電極２および第二の電極
３の少なくとも一方、この実施例では第二の電極３が同
心円状に分割されて互いに電気的に絶縁されている。

ここで本実施例の特徴とするところは、圧電性基板１
が、拡がり振動モードの電気機械結合係数Ｋ_pが0.3以
下、機械的品質係数Ｑ_mが30以下の材料、具体的には空
孔率が30体積％以上のチタン酸ジルコン酸鉛（以下「PZ
T」という）で形成されたことにある。

圧電性基板１は球面形状に成形されている。第二の電
極３は、一つのドーム形電極（平面形状は円形）と、複
数（この例では三つ）の同心円リング形電極を含む。第
一の電極２は、圧電性基板１の一方の面のほぼ全面に形
成されている。第二の電極３は、第一の電極２との間の
それぞれの静電容量が実質的に等しくなるように形成さ
れている。

この素子の製造方法について説明する。

それぞれ別々に仮焼した粒径40μｍ以下、望ましくは
20μｍ以下のPbZrO₃粉末とPbTiO₃粉末とをモル比で53:4
7の割合に調合し、成形のための溶剤（主としてキシレ
ン、エタノール）と、バインダ（PVD）とを加えてスラ
リーを調整し、ドクターブレード法によりグリーンシー
トを作成した。

このグリーンシートを円形に切断し、球面に成形し、
1000〜1200℃で焼成し、得られた多孔質のPZTを圧電性
基板１として用いた。この圧電性基板１は、厚さ0.2m
m、空孔率50％、Ｋ_p＝0.12、Ｑ_m＝11であった。

圧電性基板１の厚さとしては1mm以下が望ましく、数M
Hzの周波数に対応するには0.7mm以下であることが必要
である。本実施例では厚さを0.2mmとしたが、このとき
の厚さ方向の共振周波数は約3KHzであった。高周波数化
のためには薄くすることが望ましいが、多孔体であるた
め、100μｍ以下の厚さでは強度の点で問題があり、取
扱が難しくなる。

以上の処理では、PbZrO₃とPbTiO₃との反応による膨張
を利用して多孔質のPZTを得ている。粉末の粒径、スラ
リーへの混合物、焼成温度その他の条件により、得られ
るPZTの空孔率を変化させることができ、30体積％以上
の空孔率を得ることができる。

チタン酸ジルコン酸鉛の多孔化については、疋田他、
「イフェクト・オブ・ポーラス・ストラクチャー・ツー
・ピアゾエレクトリック・プロパティズ・オブ・PZTセ
ラミックス」、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライドフィジクス、第22巻、サプリメント22−２、第64
頁から第66頁、1983年（K.Hikita et al.,“Effect of
Porous Structure to Piezoelectric Properties of PZ
T Ceramics",Japanese J.Appl.Phys.22,Supplement 22
−2,pp.64-66（1983））に詳しく説明されている。

次に、圧電性基板１の凹面側に第一の電極２を形成
し、凸面側に第二の電極３を形成した。具体的には、圧
電性基板１の凹面側と凸面側とに銀電極を焼き付け、凸
面側の電極について、同心円状にエッチングして一つの
円形電極および複数の同心円リング形電極を形成した。
このとき、圧電性基板１の外周端部には電極を設けず、
凹面と凸面との間の電気的絶縁を保持した。また、第二
の電極３の個々の電極の面積がほぼ同一となるように
し、圧電性基板１を挟んで互いに対向する第一の電極と
第二の電極との間のそれぞれの静電容量が実質的に等し
くなるようにした。

第二の電極３の寸法は、（１）中心のドーム形電極の外径は10.4mm、（２）それに隣接するリング形電極の内径は11.4mm、
外径は15.4mm、（３）その外側に隣接するリング形電極の内径は16.4
mm、外径は19.4mm、（４）さらにその外側に隣接するリング形電極の内径
は20.4mm、外径は23.0mm、とした。

次に、この素子に分極処理を施した。すなわち、第一
の電極２をアースに接続し、第二の電極３を電源の正極
端子に接続し、これを120℃のシリコンオイルに浸し、1
mmあたり２〜3kVの電界を20〜30分間にわたり印加し
て、圧電性基板１を分極させた。この処理が終了した
後、この素子をシリコンオイルから取り出し、エタノー
ルその他で洗浄し、乾燥させ、第一の電極２および第二
の電極３にそれぞれリード線４、５をハンダ付けした。

第３図は本発明第二実施例の圧電変換素子の断面図を
示す。

この実施例は、表面および端面が樹脂被膜６で覆われ
たことが第一実施例と異なる。

樹脂被膜６を形成するには、あらかじめ成形されたウ
レタンその他の樹脂膜を素子の両面に接着し、さらに、
端部に樹脂を塗布する。また、表面全体に樹脂を塗布し
てもよい。端部にも樹脂を塗布することにより、水溶性
を高めることができ、信頼性向上のために有効である。

また、樹脂被膜６をバッキング板として利用し、凸面
方向への不要な音響や振動を吸収することもできる。樹
脂被膜６の上にバッキング層を形成することもできる。

以上の実施例で得られた圧電変換素子について、機械
的振動および電気信号が隣接する電極に及ぼす影響、送
受波特性および音場の収束効果について測定した。ま
た、実施例素子における多孔体PZTの代わりに緻密体PZT
を用いた同一構造の素子を比較例とし、この素子につい
ても同一の測定を行った。これについて以下に説明す
る。

（試験例１）第４図は機械的振動および電気信号が隣接する電極に
及ぼす影響に関する試験方法を示す。

この試験では、第二の電極３のうちの中央の電極を
Ａ、その周囲の電極を順にＢ、Ｃ、Ｄとし、電極Ａに交
流10V、3MHzの正弦波を印加して駆動したとき、電極
Ｂ、Ｃ、Ｄに発生する正弦波の振幅を測定した。

電極Ａに印加する正弦波は、ファンクションジェネレ
ータ41により発生し、これを増幅器42で増幅したものを
用いた。電極Ｂ、Ｃ、Ｄに発生する正弦波の振幅につい
ては、オシロスコープ43で測定した。

第５図は第一実施例およびそれと同一構造の比較例に
ついての測定結果を示す。多孔体PZTについては、空孔
率50％、電気機械結合係数Ｋ_p＝0.12のものを用いた。

緻密体PZTを用いた比較例の場合には、中央の電極Ａ
に隣接する電極Ｂに、電極Ａに印加した信号に対して振
幅で18dB低い信号が発生した。これに対して多孔体PZT
を用いた実施例の場合には、発生する信号の振幅は電極
Ａに印加した信号に対して37dBも低く、比較例との差が
19dBあった。さらに、電極Ｃでは比較例で26dB、実施例
で38dB、電極Ｄでは比較例で27dB、実施例で38dB低い信
号が発生した。

このように、いずれの電極においても、多孔体PZTを
用いた素子の方が、隣接する電極に及ぼす機械的振動お
よび電気信号の影響が少ないことが確認された。

また、第二実施例およびそれと同一構造の比較例につ
いて試験したところ、電極Ｂにおける差が約19dBあり、
第一実施例の場合と同様の結果が得られた。

（試験例２）第６図は送受波特性の試験方法を示す。

まず、第一実施例で得られた素子と、この素子の圧電
性基板と厚さ方向の共振周波数が等しい緻密体PZTを基
板とした同等の構造の比較例とについて、それぞれ素子
を圧電変換素子61とし、これの凸面側にバッキング層62
を設け、このバッキング層62をプラスチックの円筒64の
一端にシリコンゴム63で接着し、これを送受波測定用の
プローブとした。このプローブをパルサ・レシーバ装置
65に接続し、パルサ・レシーバ装置65の受信出力をオシ
ロスコープ66に接続した。

測定対象としてはステンレス製のターゲット67を用
い、これをシリコンオイル68に浸した。ターゲット67の
裏側には、吸音材69を配置した。

プローブの先端（圧電変換素子61側）をシリコンオイ
ル68に浸し、圧電変換素子61の電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにパ
ルサ・レシーバ装置65から同一位相のパルスを印加して
この素子を駆動し、シリコンオイル68中に音波を発生さ
せた。このとき、ターゲット67から反射してくる反射波
をパルサ・レシーバ装置65で受信し、時間的に処理した
波形をオシロスコープ66で観察した。

第７図に受信波形を示す。第７図（ａ）は比較例を用
いて得られた波形を示し、第７図（ｂ）は第一実施例の
素子を用いて得られた波形を示す。

圧電性基板として多孔体を用いた素子は、振動の波形
が一様に減衰した。また、同じ測定レベルにおける最大
の振幅が20dB以下に減衰するまでの時間は、比較例の40
％以下（比較例との減衰時間の差が60％以上）と短かっ
た。

ここでは空孔率が50％の圧電性基板を用いた場合の例
を示したが、この空孔率が30％に低下すると、減衰時間
の差は20％程度と縮小し、それ以下の空孔率では減衰時
間の差がさらに20％以下となった。これに対して空孔率
が大きくなると、減衰時間の差は大きくなり、空孔率が
65％の材料を用いた素子では、最大の振幅が20dB以下に
減衰するまでの時間が、緻密体を用いた素子の減衰時間
に比較して30％以下となった。

また第二実施例の素子を用いた場合には、緻密体を用
いた素子に比較して、受信した音波の減衰時間が50％以
上短かった。

このように、空孔率が増加するほど減衰時間が短くな
るのは、圧電性基板として機械的品質係数Ｑ_mの値が小
さい材料を用いたため、受信した振動波形が速やかに減
衰したものと考えられる。

表に、緻密体および多孔体のPZTについて、その代表
的な圧電定数を示す。

表に示したように、緻密体PZTのの機械的品質係数Ｑ_m
は140であるが、減衰時間で効果が見られた空孔率30％
のPZTではＱ_mの値が30となり、空孔率が50％の場合には
Ｑ_mの値は11、空孔率が65％の場合には５程度と、空孔
率の増加に伴ってその値が減少する。

また、この表によると、円板の拡がり振動モードに対
する電気機械結合係数Ｋ_pは、緻密体では0.51であるの
に対し、横方向の隣接する電極間で信号の減衰効果が見
られた空孔率30％のPZTでは0.27となり、空孔率が50％
のときには0.12、空孔率が65％では0.05以下と、空孔率
の増加に伴って減少した。

このように、電極間の振動の影響を低減させ、受信し
た音波の波形を速やかに減衰させるためには、電気機械
結合係数Ｋ_pが0.3以下、機械的品質係数Ｑ_mが30以下で
あることが有効であった。

さらに、表に示したように、PZTの音響インピーダン
スは、緻密体では28×10⁶kg/m²secであるのに対し、多
孔体ではこの値が小さく、水や人体の値に近くなる。し
たがって、音響インピーダンスの不整合による音波の減
衰を防止することができる。

以上の説明では、圧電性基板の材料として、代表的な
圧電材料であるPZTを用い、その空孔率を30％以上にす
ることが有効であることを示した。他の圧電材料、例え
ばチタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸
鉛系化合物またはこれらの混合物を用いた場合でも、適
当な空孔率をもたせて電気機械結合係数Ｋ_pを0.3以下、
機械的品質係数Ｑ_mを30以下とすることにより、本発明
を同様に実施できる。さらに、もともと機械的品質係数
Ｑ_mの値が小さいポリフッ化ビリニデンやその共重合体
を用いることもできる。

（試験例３）第８図は音波の収束性の測定方法を示す。

この実験では、第一実施例で得られた圧電変換素子81
をシリコンオイルに浸漬し、パルス発振受信装置82から
の電気的パルス信号によって凸面側の各電極を同じ波形
で同時に駆動し、その凹面側に、オイルの液面に平行に
音波を発生させた。このとき、細い針金で保持した直径
5mmの鋼球84を素子の凹面側のオイル中で動かし、この
鋼球84で反射した音波をパルス発振受信装置82で受信
し、その波形をオシロスコープ83に表示させた。

この結果、圧電変換素子81の球面の中心近傍、すなわ
ち凹面の中心から約80mm離れた球心の位置に鋼球84を配
置したとき、最も強いエコー波を受けた。すなわち、球
面形の圧電変換素子を用いることにより、その球心に音
波が収束することが確認された。

第９図は音波が収束する焦点位置の制御を示す図であ
る。

上述した実施例に示した球面形状を有する圧電変換素
子は、その凹面において音場が収束する音響レンズとし
て動作する。例えば、各圧電変換要素に同じ位相の電圧
を印加すれば、発生する音波の焦点は球心に一致する。
また、各圧電変換要素を駆動する電圧の位相を時間的に
ずらすと、音波が収束する焦点位置を制御しながら移動
させることができる。

具体的に説明する。各圧電変換要素を駆動するパルス
電圧の位相を制御し、外周側の圧電変換要素から内側の
要素へ順に、位相のずれたパルス電圧を印加する。この
ときの音場は、曲面の幾何学的な焦点、すなわち球心91
より素子に近い点92で収束する。また、中心側の電極か
ら外側に位相が遅れたパルス電圧を印加すると、音場
は、球心91より遠い点93で収束する。これらの点92、93
の位置は、パルス電圧の位相のずれにより任意に制御で
きる。

各圧電変換要素を時間的にずらして駆動する場合に、
各々の要素の駆動波形が隣接する要素に影響すると、位
相の制御が乱されて音場の収束性が劣化する。しかし、
本発明の場合には、圧電材料として拡がり振動モードの
電気機械結合係数Ｋ_pが小さい材料を用いているため、
横方向の不要な振動による雑音や残響を低減することが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の圧電変換素子は、圧電
性基板の面方向の拡がりモードの電気機械結合係数Ｋ_p
が小さいため、電極間の干渉を避けることができ、雑音
を低減できる効果がある。

また、受信波の減衰が速いことから、短い時間内で次
のパルスを発生でき、超音波診断装置や材料試験装置な
どで、高い時間分解能および高い距離分解能が得られる
効果がある。

多孔体を用いた場合には、音響インピーダンスが低
く、水や人体の音響インピーダンスに近づけることがで
き、音響インピーダンスの不整合による音波の減衰を少
なくすることができる。

圧電性基板として球面形状のものを用いた場合には、
凹面側で音場を一点に収束させることができ、音響レン
ズとして用いることができる。収束位置は、同心円状の
リング形電極に印加する駆動電圧の位相をずらすことに
より任意に設定できる。

表面および端面を樹脂被膜で覆うことにより、素子の
信頼性を高めるだけでなく、この被膜を音響のマッチン
グ層となるようにすれば、さらに音響の減衰を低減でき
る。また、音波を発生する面と反対側の面にこの被膜を
バッキング材として形成することにより、雑音音響を低
減することもできる。さらに、素子の両面にそれぞれマ
ッチング層およびバッキング材を形成することにより、
より大きな効果を得ることができる。

本発明の圧電変換素子は、実質的に一点に収束する機
械的振動、特に音波を発生させることができ、その収束
位置を制御でき、しかも雑音に強いことから、超音波診
断装置の探触子として利用し、位置精度のよい像を得る
ことができる効果がある。また、任意に設定可能な特定
の場所に音場を収束させるスピーカとして利用すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例圧電変換素子の上面図。第２図は第一実施例の断面図。第３図は本発明第二実施例の圧電変換素子の断面図。第４図は機械的振動および電気信号が隣接する電極に及
ぼす影響に関する試験方法を示す図。第５図は測定結果を示す図。第６図は送受波特性の試験方法を示す図。第７図は受信オシロ波形を示す写真。第８図は音波の収束性の測定方法を示す図。第９図は音波が収束する焦点位置の制御を示す図。１……圧電性基板、２……第一の電極、３……第二の電
極、４、５……リード線、６……樹脂被膜、41……ファ
ンクションジェネレータ、42……増幅器、43、66、83…
…オシロスコープ、61、81……圧電変換素子、62……バ
ッキング層、63……シリコンゴム、64……円筒、65……
パルサ・レシーバ装置、67……ターゲット、68……シリ
コンオイル、69……吸音材、82……パルス発振受信装
置、84……鋼球。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者疋田和康埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱鉱業セメント株式会社セラミックス研究所内 (56)参考文献特開昭61−146098（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−141700（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−99496（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−166980（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−131700（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】曲面形状に成形された圧電性基板と、この圧電性基板の一方の面に形成された第一の電極と、この圧電性基板の他方の面に形成された第二の電極とを備え、上記第一および第二の電極の少なくとも一方は同心円状
に分割されて互いに電気的に絶縁された圧電変換素子において、上記圧電基板は球面形状であり、上記圧電性基板は、面方向に拡散する振動の電気機械結
合係数Ｋ_pが0.3以下の材料で形成されたことを特徴とする圧電変換素子。
【請求項２】圧電性基板は機械的品質係数Ｑ_mが30以下
の材料で形成された請求項１記載の圧電変換素子。
【請求項３】圧電性基板は空孔率が30体積％以上のチタ
ン酸ジルコン酸鉛を含む請求項１または請求項２に記載
の圧電変換素子。
【請求項４】第一および第二の電極の一方は複数の同心
円リング形電極を含み、この第一および第二の電極の他方は圧電性基板の一方の
面のほぼ全面に形成された請求項１記載の圧電変換素子。
【請求項５】圧電性基板を挟んで互いに対向する第一の
電極と第二の電極との間のそれぞれの静電容量が実質的
に等しく形成された請求項１記載の圧電変換素子。
【請求項６】表面および端面が樹脂被膜で覆われた請求
項１記載の圧電変換素子。