JPS6022718Y2 - 多数配列構成の高分子圧電膜超音波トランスジユーサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は湾曲型高分子圧電膜を位相配列した超音波トラ
ンスジューサに関する。

高分子圧電膜は、低い音響インピーダンスと好ましい可
撓性とを有することにより、液体中超音波用、更に空中
超音波用のトランスジューサとしての応用が最近なされ
ている。

ところが、この種のトランスジューサにおいては、無機
圧電材料によるトランスジューサを用いた従来の装置へ
の適用を計る場合、電気音響変換能率が十分でない。

本考案は、このような高分子圧電膜からなり電気音響変
換能率の向上を計り得た液体中、又は空中超音波トラン
スジューサを提供することを目的とする。

本考案によれば、表裏両面に電極を付着した複数の高分
子圧電膜の伸縮振動を利用する多数配列構成の高分子圧
電膜超音波トランスジューサにおいて、前記複数の高分
子圧電膜が夫々に両端を固定され曲面状とされて半波長
の間隔で配列されており、且つ各々の高分子圧電膜から
放射される超音波が受信点で位相整合条件を満足すべく
各々の高分子圧電膜の表裏の電極が電気的に並列に接続
されてなる超音波トランスジューサが提供される。

以下本考案を図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図に示すように延伸分極処理をほどこしたポリフッ
化ビニリデンなど公知の高分子圧電膜１の表裏に金属電
極２，２′を付着し、この表裏電極間に交流電圧ｅを印
加すれば、圧電膜１には膜面に平行な伸縮振動３，３′
が生じる。

そこでこの圧電膜１を第２図に示すように湾曲させて、
その両端４，４′を固定すると、膜の伸縮振動を膜面に
垂直なピストン運動５に変換し得、従って膜面を音響放
射面として音波を放射することができる。

これを利用したのが湾曲型変換子である。

第３図は本考案による一具体例であり、第２図で示した
ような湾曲型変換子ｌａｗ ｌｂ、ｌｅｔ・・・・・
・。

１ｎが複数個、ある間隔をおいて重ねて配置されている
。

６，６′は入出力用電気端子であり、交流電圧に接続さ
れる。

ここで各湾曲型変換子は独立な振動モードで励振される
ように構威されている。

各々の湾曲型変換子の分極方向を同一方向にそろえた場
合には各湾曲型変換子の間隔７ａ、７ｂ、・・・・・・
は半波長となるように構威し、各々の圧電膜の表裏の電
極の極性を交互に反転させて電気的に並列に接続すれば
、各湾曲型変換子から独立に放射される超音波は位相整
合条件を満足するのでトランスジューサから十分離れた
軸方向の受音点に於ては出力音圧が重畳される。

従って同一入力端子に対して湾曲型変換子の数に比例し
た出力音圧の上昇が得られる。

尚、第３図の構成で各湾曲型変換子の分極方向がそろっ
ていない場合には、各々の圧電膜から放射される超音波
が位相整合条件を満足するように電気的に結線を行なえ
ば良い。

各湾曲型変換子の間隔及び圧電膜の大きさを変えること
により出力音圧が重畳される特定方向を変化させること
ができる。

また各々の湾曲型変換子の周囲にバッフル板を設け、バ
ッフル板の一端から圧電膜を経由してもう一つのバッフ
ル板の他端に至る距離を波長との関係で調整し、波の回
折効果を制御するとか、又バッフル板の代わりに圧電膜
の振動方向に平行な方向に音響的に鏡面作用となるよう
に壁面を設ける等により特定方向の音圧上昇効果を顕著
にすることができる。

第３図では湾曲型変換子を適用した場合について本考案
による一具体例を説明したが、本考案に於ては湾曲型変
換子である必要はなく、無指向性の円筒状若しくは一部
が欠けた円筒状、或いは球状、一部が欠けた球状、例え
ば半球状であっても良い。

尚、かかる形状を保持させるためには吸音性の少ない弾
性物質、例えば発泡ポリウレタン等で支える等適当な方
法が採用できる。

本考案に用いられる高分子圧電膜としては、フッ化ビニ
リデンホモポリマー、フッ化ビニリデンコポリマー、こ
れらのいずれかを主成分とする組成物等のフッカビニリ
デン系樹脂、フッ化ビニル系樹脂、更には一般のポリマ
ーに圧電性物質を分散させた組成物、これらのいずれか
を一層とする積層物等が用いられるが、最も好ましくは
フッ化ビニリデン系樹脂である。

次に本考案による他の具体例として、ポリフッ化ビニリ
デン圧電膜を用いた空中用トランスジューサについて詳
細に説明する。

第４図は５枚のポリフッ化ビニリデン圧電膜１ａ〜１ｅ
を重ねた場合の斜視図である。

圧電膜の寸法は４−×４−でその曲率半径は４−であり
、圧電膜相互の間隔は、（図面では誇張して拡大表示し
である力り１２７７ＥＩＮとなるように設定した。

各々の圧電膜１ａ〜１ｅの両端ＡＢとＣＤとは金属枠（
図示してない）で固定し、ＡＣとＢＤとは金属枠（図示
してない）で支える程度にした。

この場合、金属枠は圧電膜の金属電極２，２′に触れな
いようになっている。

各々の圧電膜の分極方向はそれぞれ同一方向となるよう
に重ねであるので、電極間の結線は図示してないが、第
３図と同様になされている。

かかるトランスジューサを用い周波数が約１４ＫＨｚの
場合、一枚の圧電膜の場合の出力電圧をＯｄＢとして相
対音圧レベルで示すと、ある角度においては１４ｄＢを
超える出力音圧を得た。

かくの如く本考案により、電気音響変換能率を著しく改
善することが出来、液体中又は空中、特に好ましい空中
超音波トランスジューサを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は高分子圧電膜の圧電作用を示す説明図、第２図
は高分子圧電膜の電気音響変換作用の説明図、第３図は
本考案による一具体例の説明図、第４図は本考案による
他の具体例の斜視図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・圧電膜、２，２′・・・・・・
電極、３．３′・・・・・・伸縮振動方向、４，４′・
・・・・・湾曲圧電膜の両端、５・・・・・・湾曲圧電
膜のピストン運動方向、６，６′・・・・・・入出力用
電気端子、７ａ、７ｂ・・・・・・湾曲圧電膜間距離。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 表裏両面に電極を付着した複数の高分子圧電膜の伸縮振
   動を利用する多数配列構成の高分子圧電膜超音波トラン
   スジューサにおいて、前記複数の高分子圧電膜が夫々に
   両端を固定され曲面状とされて半波長の間隔で配列され
   ており、且つ各々の高分子圧電膜から放射される超音波
   が受信点て位相整合条件を満足すべく各々の高分子圧電
   膜の表裏の電極が電気的に並列に接続されてなることを
   特徴とする高分子圧電膜超音波トランスジューサ。