(57)【要約】 【課題】  感度変動が小さく、指向性変動の小さい、溝の深さおよび溝の幅に依存しないで電極面積を調整できる単純な構造の複数の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせたアレイ化する音響用圧電振動子を提供すること。【解決手段】  圧電素子の少なくとも一方の面に、溝の幅および溝の深さにより削られる面積相当分をあらかじめ見込み、設計感度および設計指向性になるような電極２の形状を圧電振動子１に最初に形成した後に、複数領域に分割された複数の輻射面５を有する圧電振動子を作製する。その結果、溝の深さおよび溝の幅に依存しないで電極２の面積を調整できるので、感度変動が小さく、指向性変動の小さい単純な構造の複数の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせたアレイ化する音響用圧電振動子を提供することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数領域の輻射面を有する圧電素子からなる音響用圧電振動子において、前記複数領域の境界に溝が形成され、前記領域の各々に一方の極性の電極が形成され、前記電極の形状または面積の少なくとも一方は、前記領域間で互いに異なることを特徴とする音響用圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動体を用いた圧電振動子に関し、特に、音響用に好適な複数の輻射面を有する音響用圧電振動子に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来の複数の輻射面を有する圧電振動子は、圧電振動子を複数個組み合わせて、最終設計寸法サイズに収まり、等間隔になるように、各々の圧電振動子の間に絶縁体で構成されたスペーサーを介し、接着固定して一体化する。また、ここで使用するスペーサーは、隣り合う圧電振動子の振動を抑制するための弾性係数が小さい材料を使用する。また、このようにアレイ化した圧電振動子の輻射面には振動子の振動が接着物全体の面振動に変換しないようゴム板などを接着する。更に、指向性の調整が必要な場合には、異なる形状の圧電振動子を組み合わせて作製する。
【０００３】
圧電振動子に溝加工を施してアレイ化する技術は、特許文献１〜５で開示されている。平板の圧電素子の両面に等面積の電極層を形成させ、微粒子を介した等面積の接着層を形成して等面積のバッキング材に接着した後で、溝加工を施すことで、溝加工によりチッピングの発生を防止する技術が、特許文献１で開示されている。
【０００４】
平板の圧電素子の両面に等面積の電極層を形成した後に、片側の主面に溝加工を施し、溝加工したスペースのところに圧電素子よりも絶縁耐性の高い高絶縁性材料を一部が電極表面から盛り上がるように埋め込む構造の圧電素子により、隣接する電極間の間隔〔溝の幅〕を充分に小さくした上で、電極間の絶縁耐性を十分に満足させる技術が特許文献２に開示されている。
【０００５】
平板の圧電素子の両面に等面積の電極層を形成した後に、片側の主面に溝加工を施し、等面積の接着層を形成して等面積の振動片に接着した後で、溝加工を施すことで、振動片に圧電素子を接着する際に接着剤を溝の中に流入させ、接着剤層の厚みを積極的に薄くすることで、圧電振動子の振動特性の温度変化に対する影響を低減し、安定な出力特性を得る技術が特許文献３に開示されている。
【０００６】
平板の圧電素子の両面に等面積の電極層を形成した後に、片側の主面に対称性のある溝加工を施し、溝加工の幅および溝の深さを調整することで電極面積を変化させて共振周波数を調整する技術が特許文献４に開示されている。
【０００７】
平板の圧電素子の両面に圧電素子の主面の面積より小さい面積の電極層を形成した後に、電極層の外周縁に沿って、細い溝を形成して、電極面積を調整することなく等価インダクタンス値を大きくする技術が特許文献５に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３４０９８号公報
【特許文献２】特開平６−５４８５９号公報
【特許文献３】特開平１１−２４８４６４号公報
【特許文献４】特開平１１−２３４０８４号公報
【特許文献５】特開２００１−２５７５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の形状の異なる複数の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせてアレイ化する圧電振動子は、圧電振動子を複数個組み合わせて、最終設計寸法サイズに収まり、等間隔になるように、各々の圧電振動子の間に絶縁体で構成されたスペーサーを介し、接着剤で固定して一体化しているので、各々の接着層厚みのばらつき、接着位置のズレや複数のスペーサーの厚み精度のばらつきが累積する影響により設計値からずれやすいという問題があった。特に、音響用振動子として使用する場合には、指向性の特性を変動させ、低弾性のスペーサーを用いると更に指向性の特性が大きく変動するという問題があった。
【００１０】
また、保持部材に接着する場合には、形状の異なる複数の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせてアレイ化した各々の圧電振動子の輻射面が凸凹な面になるので、接着層が不均一となり、音響用振動子の感度が変動するという問題があった。
【００１１】
上述した特許文献１〜５では、平板の圧電素子の両面に等面積の電極層を形成した後に、溝加工を施し、溝の深さおよび溝の幅および溝の対称構造を調整することで、電極面積を調整し、特性を制御している。また、平板の圧電素子の両面に圧電素子の主面の面積より小さい面積の電極層を形成した後に、電極層の外周縁に沿って、細い溝を形成することで特性を制御している。このような場合には、溝の深さおよび溝の幅のばらつきにより圧電振動子の特性が大きく変動する。また、溝の幅を狭くするのには制約があり、絶縁耐性の高い高絶縁性材料を電極表面から盛り上がるように埋め込むなどのばらつき要因のパラメータが増加するという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、感度変動が小さく、指向性変動の小さい、溝の深さおよび溝の幅に依存しないで電極面積を調整できる単純な構造の複数の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせたアレイ化する音響用圧電振動子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための第１の発明は、複数領域の輻射面を有する圧電素子からなる音響用圧電振動子において、前記複数領域の境界に溝が形成され、前記領域の各々に一方の極性の電極が形成され、前記電極の形状または面積の少なくとも一方は、前記領域間で互いに異なる音響用圧電振動子である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る音響用圧電振動子によれば、圧電素子の少なくとも一方の面に、溝の幅および溝の深さにより削られる面積相当分をあらかじめ見込み、設計感度および設計指向性になるような電極形状を圧電素子に最初に形成した後に、複数領域に分割された複数の輻射面を有する圧電振動子を作製する。その結果、溝の深さおよび溝の幅に依存しないで電極面積を調整できるので、感度変動が小さく、指向性変動の小さい単純な構造の複数の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせたアレイ化する音響用圧電振動子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態に係る音響用圧電振動子は、以下の製造方法で作製する。図１は、本発明を実施するための最良の形態に係る音響用圧電振動子の構造を示す斜視図である。図２は、本発明を実施するための最良の形態に係る音響用圧電振動子の溝加工前の状態を示す斜視図である。図３は、本発明を実施するための最良の形態に係る音響用圧電振動子の保持部材に接着した状態を示す断面図である。
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態では、４面の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせたアレイ化した音響用圧電振動子で説明する。このアレイ化した音響用圧電振動子の最初の輻射面は、５０ｍｍ×８ｍｍの電極形状で、二番目の輻射面は、１００ｍｍ×８ｍｍの電極形状で、三番目の輻射面は、１００ｍｍ×８ｍｍで、四番目の輻射面は、５０ｍｍ×８ｍｍの電極形状になるように、あらかじめ溝の幅および溝の深さにより削られる面積相当分を見込んで、圧電素子に電極を形成する〔図２参照〕。
【００１７】
図２は、本発明を実施するための最良の形態に係る音響用圧電振動子の溝加工前の状態を示し、圧電素子を焼結した後で、６面に機械加工し、必要な外形寸法にした後に、スクリーン印刷を行い、あらかじめ溝の幅および溝の深さにより削られる面積相当分を見込んで、最初の輻射面は、５０ｍｍ×８ｍｍの電極形状で、二番目の輻射面は、１００ｍｍ×８ｍｍの電極形状で、三番目の輻射面は、１００ｍｍ×８ｍｍで、四番目の輻射面は、５０ｍｍ×８ｍｍの電極形状になるように、電極の形成をおこなう。その後、分極処理を行う。ここの６面機械加工工程は、輻射面を一括で研磨するので、輻射面ごとの凹凸を無くすことができ、各々の輻射面の位置関係は、電極形成時の形状により決定されるので、輻射面の位置ずれを無くす事ができる。
【００１８】
次に、電極形成および分極処理をおこなった圧電素子を外周刃切断機により各々の１０ｍｍの輻射面ピッチで、２ｍｍの切断幅の加工を施す。（切断加工後の形状は、図１参照）更に、圧電振動子１に４面の輻射面に保持部材１１であるゴム板を接着剤１２で貼り付ける。その後、電気配線ならびにカバーを取り付けて、水中音響用振動子を作製する。
【００１９】
なお、ここでは、４個の輻射面を有する例を示しているが、ｎ個の輻射面を有する圧電素子においても同様の効果を奏する。また、ここでは、水中音響用振動子の例を示しているが、空中用音響振動子においても同様の効果を奏する。
【実施例】
【００２０】
本発明の実施例について従来と比較して詳細に説明する。図４は、従来のアレイ型圧電振動子の構成する圧電振動子を示す斜視図である。図５は、従来のアレイ型圧電振動子を示す斜視図である。図６は、従来のアレイ型圧電振動子を保持部材に接着した状態を示す模式図である。本発明の実施例および従来例で作製した水中音響用圧電振動子についての水中での送波感度ならびに指向性の比較結果を表１に示す。
【００２１】
まず、比較のために作製した４面の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせたアレイ化した従来の音響用圧電振動子は、次のようである。このアレイ化した音響用圧電振動子の最初の輻射面は、５０ｍｍ×８ｍｍの電極形状で、二番目の輻射面は、１００ｍｍ×８ｍｍの電極形状で、三番目の輻射面は、１００ｍｍ×８ｍｍで、四番目の輻射面は、５０ｍｍ×８ｍｍの電極形状になるように、輻射面５の寸法が１００ｍｍ×８ｍｍと５０ｍｍ×８ｍｍの外形加工され、電極形成および分極処理が施された圧電振動子を各々２個ずつ用いて、圧電振動子１０と厚さ２ｍｍのスペーサー７を介して接着剤６で固定された構造のアレイ型圧電振動子４を作製した。なお、スペーサー７は複数の圧電振動子１０から発生する振動の影響を防ぐために、緩衝用にスポンジを使用した（図４および図５参照）。
【００２２】
次に、圧電振動子１に４面の輻射面に保持部材１１であるゴム板を接着剤１２で貼り付ける。その後、電気配線ならびにカバーを取り付けて、水中音響用振動子を作製した〔図６参照〕。
【００２３】
次に、本発明の実施例に係る４面の輻射面を有する圧電振動子を組み合わせたアレイ化した音響用圧電振動子は、本発明を実施するための最良の形態で示し作製した方法で同様に作製する。
【００２４】
本発明の実施例および従来例で作製した水中音響用圧電振動子について、水中での送波感度および指向性の比較を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示す通り、本発明の水中音響用圧電振動子の方が、送波感度ならびに指向角ともにばらつきが抑制されていることがわかった。送波感度に関しては、従来のアレイ型圧電振動子４では、各圧電振動子１０とスペーサー７を接着時に、各々の圧電振動子１０の輻射面５に、接着層の厚みの差および接着位置精度が悪いために、凹凸が発生し、送波感度の大きなばらつきを発生したと推定される。
【００２７】
本発明の圧電振動子１においては、各々の輻射面５に分割する前に機械加工で、一括加工しているので、各々の輻射面５で凹凸が発生せず、保持部材１１の接着時に接着剤１２の厚みのばらつきを必要最小限に抑制できる。
【００２８】
また、指向角においては、従来のアレイ型圧電振動子４では、接着層６およびスペーサー７の各々の厚みばらつきにより、各々の輻射面５の間隔がずれやすくおよび圧電振動子の長手方向（１００ｍｍと５０ｍｍ方向）の接着位置がずれやすいので、累積したずれにより、指向角の大きなばらつきが発生したと推定される。
【００２９】
それに対して、本発明の圧電振動子は、各々の輻射面の間隔が機械加工精度のみにより決定され、各々の輻射面の電極形状はスクリーン印刷精度で決定されるので、指向角のばらつきが小さく抑制できたと推定される。
【００３０】
なお、実施例では送波感度のみの測定を行ったが、受波感度においても同様の効果が得られた。
【００３１】
また、空中音響用圧電振動子においても同様の効果が得られた。
【００３２】
以上実施例で述べたように、本発明の圧電振動子を使用することにより、送受波感度や指向性のばつらきを抑制した音響用圧電振動子の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る音響用圧電振動子の構造を示す斜視図。
【図２】本発明に係る音響用圧電振動子の溝加工前の状態を示す斜視図。
【図３】本発明に係る音響用圧電振動子の保持部材に接着した状態を示  す断面図。
【図４】従来のアレイ型圧電振動子を構成する圧電振動子を示す斜視図。
【図５】従来のアレイ型圧電振動子を示す斜視図。
【図６】従来のアレイ型圧電振動子を保持部材に接着した状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００３４】
１    圧電振動子
２    電極
３    溝
４    アレイ型圧電振動子
５    輻射面
６    接着剤
７    スペーサー
８    圧電振動子
９    電極
１０    圧電振動子
１１    保持部材
１２    接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006246194.tif 000008
【図６】
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