(57)【要約】      （修正有）【課題】  水中で使用される洗浄器や魚探用の従来の超音波振動子において、例えば厚み振動を利用する場合は、厚み寸法のみを考慮に入れて設計するのが一般的であつた。ところがこれらに関して種々実験をした結果、厚み振動に平面寸法も大きく関係が有ることが判明し、厚み振動を考慮するに当たり厚み寸法と平面寸法の関係を明確にしたものである。【解決手段】  水中で使用されるセラミック型の振動子において、その形状を長方形とし、目的とする波長をλで表した場合、その厚さはλ／４にし、長方形の長辺および短辺をａおよびｂとした場合、ａ＝ｎ×λ／２、ｂ＝ｍ×λ／２とする（ただし、ｎとｍは整数）ことを特徴とする水中超音波振動子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中で使用されるセラミック型の振動子において其の形状を長方形とし目的とする波長をλで表した場合その厚さはλ／４にし長方形の長辺および短辺をａおよびｂとした場合ａ＝ｎ×λ／２にｂ＝ｍ×λ／２にしｎとｍは整数であることを特徴とする水中超音波振動子。
【請求項２】
水中で使用されるセラミック型の振動子において其の形状を正方形・円盤型・或いは円環型とし其の厚さは目的とする波長λの１／４或いはそれ以下とし一辺の長さ或いは半径・直径の長さをそれぞれａとした場合ａ＝ｎ×λ／２即ちλ／２のｎ倍でｎは整数にとることを特徴とする水中超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は主に魚探や超音波洗浄器等に使用される圧電セラミック素子の性能を左右する形状や寸法に関するもので。従来とは異なる新たな概念を取り入れてこれ等の間の関係を設定したものである。
【従来技術】
【０００２】  従来から使用されて来た此の種のセラミック素子は厚み振動を利用するものが主であるため其の殆どが目的とする振動数を得るためには厚み方向の寸法のみを考慮に入れ平面方向の寸法は其の出力の大きさや指向性の角度等を考慮に入れてその寸法を決定し出力周波数（厚み振動数）に関係する波長との関係は全く考慮に入れていなかつたように考える。中には厚み寸法と径寸法とがたまゝゝ此の関係に一致し整数関係を持つものも見られるが此れも厚み寸法と径寸法とが深い関係にあることを考慮入れて設計したものとは到底考え難く他のものは殆ど此の関係がばらゝゝである事からも推測できる。
【発明により解決できた課題】
【０００３】  上記に示す状況のなか今回さまざまな実験を重ねてみた結果セラミック振動子の振動には同じ厚み振動であつても厚み寸法だけでなく平面寸法が大きく関係していることを見出だしたものである。つまり厚み寸法をどちらもλ／４と同じにとり平面寸法は自由にした振動子と・厚み寸法をλ／４とし平面寸法をλ／２の整数倍すなはちｎ倍としたものとでは性能上に大きな差がでる事が判明した。  此のことは同じ程度の大きさの振動子でも平面寸法をλ／２のｎ倍すなはち整数倍にとつた場合は平面上にきれいな定在波が発生し波形の腹の部分は常に腹となり節の部分は常に節となるので此れが厚み方向の振動によい影響を与えているものと考えられる。更に此の事は平面の形状が長方形・正方形・円盤状・円環状のものにおいてもそれぞれ認められた。また此のことは厚みがλ／４より薄い場合に特に顕著に認められた。
【発明により発生した他の特徴】
【０００４】  更にこの発明は他の特徴として平面形状を長方形とし短辺方向と長辺方向を異ならせた場合は長辺方向と短辺方向のそれぞれの長さが異なるために其れによる指向性の角度を異ならせることが出来た此のことは長辺方向の指向性は狭く短辺方向の指向性は広く取れると言う大きな特徴も発見できた。  また形状を長方形とした今回の振動子においては短辺の長さを半波長（λ’／２）とする周波数と長辺の長さを半波長（λ”／２）とする定在波も存在するので此の周波数を厚み振動に利用できるとする大きな特徴も上げることができる。ここに掲げた二つの特徴は従来の振動子には見られない大きな特徴である。
【発明の具体的実施の形態】
【０００５】
【請求項１の例】
発明の請求項１に示す内容はセラミック振動子の形状を長方形としその厚さは従来でも見られる如くλ／４とするが（λは目的とする周波数の波長である）形状は縦と横の長さを異にする長方形としその長辺・短辺の長さは共にλの関数であるλ／２のｎ倍およびｍ倍としたものでｎおよびｍはともに整数としたものである。  かかる製品においての厚み振動はλ／４によるλなる厚み振動を発生するが同時に長辺・短辺の長さもλ／２の整数倍すなわちｎ・ｍ倍としたことにより平面部分にもλに基ずく定在波振動が発生する此の事は振動の腹の部分は常に腹・節の部分は常に節となるので此の事が厚み振動に好影響を与えていると考える。ちなみに此の部分の寸法を任意に設定すると性能は低下する。  更に長辺および短辺はλのｎ×λ／２およびｍ×λ／２でｎおよびｍが整数であるためｎ×λ／２＝λ’およびｍ×λ／２＝λ”も存在するので此れによる定在波が平面上に発生しこれが厚み方向の寸法に関係なく厚み振動を発生させこ此れが厚み振動として十分実用になることも判明した。また上の項でも説明している通り縦および横の寸法を異にしているため指向性角度も縦方向と横方向で異ならせる事が出来長辺方向は狭く短辺方向は広くその比はｍ：ｎにとることが出来これも此の種の振動子を魚探に使用した場合は大きな特徴である。  上記を図面に基づいて説明すれば図１は［請求項１］の内容を示すもので図中ａ・ｂ・ｃはそれぞれ長方形の長辺・短辺・厚さを示し此れ等の間には上の説明で示すごとくａ＝ｎ×λ／２としｂはｂ＝ｍ×λ／２とし厚さはｃ＝λ／４としたものである。またｎおよびｍは整数であり上下の面を電極としている。
【請求項２の例】
請求項２の例は上に示した性質からなる特徴を正方形・円盤型・円環型に適用したもので此の種の振動子は正方形以外は従来から良く見られる形状のもので此れ等のものにおける厚み振動の考え方は上にも示した通り目的とする厚み振動を得るために厚み寸法をλ／４にする等厚み方向の寸法のみしか考慮に入れないのが実情であつた。此れに対して出願者は平面寸法が厚み振動を発生させるのに重要な要素を構成している事を実験で発見し此れ等の要素を振動子に取入れる事としたもので。内容は此れ等の形状に対する厚み寸法をその目的とする周波数の波長λの１／４或いはそれ以下とし平面寸法はλ／２のｎ倍すなはちａ＝ｎ×λ／２としｎは整数としたものである。此れにより平面部分にはそれぞれの形状ごとの定在波が発生しそれにより厚み振動に対する性能を向上させる事ができた。  上記を図面に基づいて説明すれば図２は［請求項２］の内容を示すもので図中（Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）はそれぞれ正方形・円盤型・円環型の振動子に適用した例で図中ａで示す部分はそれぞれの平面上の一辺の長さおよび半径・直径を示すものでそれぞれにａ＝ｎ×λ／２でｎを整数にとることを示したものである。ｎが１より大きい場合でｎが偶数である場合はｎ×λ／２＝λ’・λ”・・も存在するので此れによる定在波も平面上に発生し此れが第２・第３の厚み振動を構成し此れが実用に適用できることは［請求項１］と同様で大きな特徴である。ａの値が整数以外の場合は性能は低下する。此の事は厚さがλ／４より小さい場合に顕著である。
【実験による性能の比較】
【０００６】  此れ等の性能の比較を図で説明すれば図３は其れを説明するもので何れの製品も同程度の厚さを持ち且つ同程度のキャパシチーで大きさも同程度の大きさのもので実験したものである。図中点線で示すグラフは上の請求項１の長方形の振動子に適用した例で今回実験した例の中では一番性能が優れていた。又図中の一点鎖線で示すグラフは請求項２の中の円環型の振動子に適用した例で長方形のものよりは若干劣るが従来の製品よりは遥かに優れた性能を示していた。また図中の実線で示すグラフは上の円環型の振動子と同じ外径のもので厚さを厚・薄２種類のものを作りその中の良い方の一例を示したものである。また従来製品についての性能はこのグラフには示されていないが今回実験した振動子と同程度の大きさの振動子が無かつたゝめで今回の実験で示す円環型の振動子より大きいもので実験してみたが実線で示すデータ−の最大値より若干よい程度であつた。  更に今回の実験データーには第一の共振点λ１・λ２・λ３以外に２×λ１・２×λ２・２×λ３・３×λ１などの共振点の存在も示しているが何れも第一の共振点λ１・λ２・λ３の性能とほゞ同じ位の値で存在してる此のことは上の実施例で示したλ’・λ”・・の存在を意味するものである。
【発明による効果】
【０００７】  今回の発明による第一の効果は厚み寸法と平面寸法との間にｎ或いはｍなどのような整数関係を持たせた事により振動子の性能全体が大幅に上昇できたことゝ此れにより第二・第三の共振点も充分実用にできることが発見できた事である。  第二の効果は振動子の形状を長方形にすることで短径と長径とで指向性が異なるため二指向性の振動子ができた事と、長径と短径が存在することでＦ１以外にＦ２・Ｆ３・・など従来の円盤型の振動子より数多くの実用化できる共振周波数を作り出すことが出来たことにある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】は本発明の［請求項１］に示す発明の具体的実施例を示すもので長方形のセラミック振動子に適用したものである。
【図２】は本発明の［請求項２］に示すものゝ具体的実施例を示すもので［図２］中（Ａ）は正方形型の振動子に適用したもの、（Ｂ）は円盤型の振動子に適用したもの、（Ｃ）は円環型の振動子に適用したものを示す。
【図３】は上の［請求項１］および［請求項２］で示す振動子の具体的実験および此れと比較をするための他の実験例による性能を示すもので図中の点線で示されるグラフは［請求項１］の発明についての実験データー、図中の一点鎖線すグラフは［請求項２］で示す発明の中での（Ｃ）で示す円環型の振動子に適用した時の実験データー、図中の実線で示すグラフは此れ等と比較するための他の振動子の実験データーである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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