JPS5826719B2 - 圧電気振動子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、圧電気振動子において、超音波の送受波指
向特性を尖鋭化することに関する。

一般に、圧電気振動子を用いて超音波を送受波する場合
、主ビームと副ビームが形成される。

この場合、音波を送受波する方位分解能を向上させるた
めには主ビームと副ビームの比率をできるだけ大きくす
るのが望ましい。

一般に、圧電気振動子は、例えば、第４図に示すように
、圧電気振動子本体１１の両面に電極１２．１２を密着
させて構成されている。

この振動子を用いて超音波を送受波する場合、送受波時
の指向特性に比較的大きな副極が生じることが知られて
いる。

これは、振動面の各部分が、第５図に示すように、一様
な振巾と位相（矢印１３）で振動することに起因するも
ので、このような副極を減少させるためには、第６図に
示すように、振動面の振巾分布が振動子１５の中央部の
振巾１４に比して、端縁部の振巾１４′が漸減するよう
に形成すればよい。

このような振巾分布を形成する手段として、振動子の電
極形状を工夫することが考えられている。

例えば、第１図Ａは長方形振動子１の電極２゜２のうち
、振動子１の両端部の電極を長さｌだけ省略したもので
ある。

又、第１図Ｂは円形圧電振動子３において、電極９を周
縁部を省略して中央部のみにしたものである。

このように電極を形成すると、振動子を励振する場合、
振動子の中央部が強く励振され、周縁部の振動強度が小
さくなる結果、副ビームを弱めることができる。

しかし、このような振動子において、第６図のような振
動分布を得るためには、振動面上における無電極部と電
極部の比率を大きくしないと効果が得られない。

従って、相当大型の振動子でなければ実現できない。

小型振動子に適用すると電極面積が著しく小さくなり、
振動子の機械振動と電気振動との変換効率が非常に悪く
なる。

又、無電極部は自由振動を行なう自由端として動作する
ため負荷状態に応じて自由端が複雑な振動を行ない、必
ずしも副極が抑圧されるとは限らない。

又、第１図の振動子と同様に、電極形状を工夫した振動
子として特公昭３３−４３９０号公報のものが提案され
ている。

この振動子は、電極の形状を特殊な形状にして振動面振
巾分布を第６図の状態に近づけようとするものであるが
、やはり第１図の振動子と同様な欠点を有していること
に変わりない。

さらに、この種の振動子は電極形状が非常に複雑である
ため、送受波指向特性が振動子細々に異なることが多く
、指向特性が均一な振動子を多数用意するのが困難であ
る。

すなわち、水中探知装置においては、水中に超音波を送
受波する場合、複数個の振動子を配列してその合成指向
特性を利用する方法が多く用いられる。

従って、上記のように電極形状の複雑な振動子はこのよ
うな合成指向特性を利用する水中探知装置には不適であ
る。

さらに、第６図のような振動面振巾分布を得る振動子と
して、特公昭３２−４９７３号公報のものが提案されて
いる。

この振動子は、円板状振動子の外周に環状振動子を配置
して、環状振動子の振動振巾を適当に規制し、円板状振
動子の電極信号と環状振動子の電極信号とを電気的に合
成することにより指向特性の副極を減少させるものであ
る。

ところが、このような振動子は中央素子と環状素子が独
立して振動するため、振動分布が第６図のようにはなら
ず、第７図のような階段状分布になる。

そのため、特定方向の副極は減少する反面他方向の副極
が増大する欠点がある。

又、各々が独立して振動する振動子を配置しなければな
らないこと、各振動子の振動を電気的に合成する合成器
、例えば、変成器が必要であること、振動子制造コスト
が比較的高くなりがちで、又、多数の振動子を用いて送
受波器を構成する場合は合成器のために送受波器が複雑
で大型になりがちである。

この発明は、上記従来装置のように複雑な構造を用いる
ことなく、極めて簡単な構成で第６図のような理想的な
振動面振巾分布を有する振動子を提供する。

以下図面の実施例において説明する。

第２図において、５は矩形振動子、６は主電極、７．７
は副電極を示す。

主電極６は矩形振動子５の中央部に配置され、副電極７
，７は端縁部に配置されている。

副電極７，７の寸法Ｌ１ は主電極６の寸法Ｌ２に比し
て比較的小さく設定され、例えば１／３ 乃至ＩＡ
程度に設定される。

そして、副電極７，７に生じた電気振動は抵抗Ｒに熱エ
ネルギーとして消費されるようになされている。

従って、副電極に生じた電気振動が熱エネルギーとして
消費されるとき、振動子５の端縁部の振動が抑圧される
ようになる。

そして、この抑圧度は熱エネルギーを消費する抵抗Ｒの
大きさを変えることにより任意に設定することができる
。

すなわち、抵抗値Ｒが零のとき抑圧度が最大になり、抵
抗値Ｒを大きくするに従って抑圧度が小さくなる。

従って、抵抗値Ｒを適当に調節して抑圧度を最適値に設
定すると、副ビームと主ビームの比率を最大にすること
ができる。

第３図は円状振動子の場合を示し、中央電極９と周縁電
極１０とに分割されている。

そして、周縁電極１０に生じた電気振動は、第２図と同
様に、抵抗Ｒに消費されるごとくなされている。

従って、抵抗Ｒを適当に調節して、副ビームと主ビーム
の比率が最大になるようにすると、中央電極９によって
送受波される振動子８の指向特性を最も尖鋭化すること
ができる。

以上説明のように、この発明は、厚み振動を行なう圧電
気振動子の端縁電極を電気的に結合して振動子端縁部の
振動を強制的に抑圧するようになされている。

従って、振動子の製造時に、振動子表面に一体的に形成
した電極を中央電極と端縁電極に分離して端縁電極間に
電気的に結合するだけで所望の指向性を有する振動子を
容易に得ることができる。

従って、振動子の量産を極めて容易に行なうことができ
る。

又、端縁電極間の電気的結合度を調整することにより、
輻射音の抑圧度を任意に調節することができるから、振
動子の副ビームが複雑に変化する場合でも、振動子の指
向特性を常に理想的な指向特性に設定することができる
。

ざらに、複数個の振動子を配列してその合成指向特性を
利用する場合も所望の指向特性を容易に実現することが
可能である。

すなわち、水中探知装置において、水中に超音波を送受
波する場合、複数個の振動子を配列してその合成指向特
性を利用する方法が多く用いられる。

この場合、個々の振動子は同一の指向特性を有すること
が望ましい。

ところが、実際には、振動子は同−周波数用のものでも
各々の指向特性は全く同じではなく若干相異しているの
が普通である。

従って、この発明のように、端縁電極間を電気的に結合
する場合は、結合度を変化させるだけで指向特性の調節
が可能であるから、複数個の振動子を配列する場合でも
個々の振動子の指向特性を同一特性にそろえることが容
易に可能である。

上記実施例においては、振動子の両側に設けられる一対
の電極の双方を中央電極と端縁電極とに分離したが、一
対の電極のうちいずれか一方の電極のみを中央電極と端
縁電極とに分離し、この端縁電極と他側の分離されない
電極とを可変抵抗Ｒを用いて接続するように構成しても
上記と同様の作用効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図並びに第４図は従来例を示し、第２図及び第３図
はこの発明の実施例を示し、第５図、第６図及び第７図
は振動子の振動状態を説明するための図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 厚み振動を営む圧電気振動子本体の電極を中央電極
   と端縁電極とに分離し、該分離した端縁電極を上記圧電
   気振動子を介して対向する電極と電気的に結合して該端
   縁電極に生じる電気振動を熱エネルギーとして消費させ
   ると共に、中央電極間にのみ励振電圧を印加するかある
   いは中央電極間に生じる受波電圧のみを取り出すように
   構成してなる圧電気振動子。 ２ 圧電気振動子本体の両面の電極を中央電極と端縁電
   極とに分離したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の圧電気振動子。 ３ 圧電気振動子本体の両面の電極のうちいずれか一方
   の電極を中央電極と端縁電極とに分離したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の圧電気振動子。