(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子を用いた超音波センサであって、圧電振動子が、この圧電振動子よりも広い面積を有する平板に接合されており、平板には、圧電振動子の接合部以外の部分に、圧電振動子の放射方向に対して傾きをもつ渦巻き状のスリットが加工されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
圧電振動子の両面に平板が接合されていることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
【請求項３】
平板は円板であり、スリットの形状は、平板の圧電振動子の接合部以外の部分を直径とする円が、圧電振動子の接合部を内包する定円に沿って転がる時の、その円上の１点が描く軌跡から求められたものであることを特徴とする請求項１または２記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複数のセンサを用いて映像化を行う超音波映像化装置などに適用される超音波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波映像化装置等に用いられる超音波センサには、広指向性と広い感度周波数帯域が要求される。超音波センサの指向性を向上させるには開口面積を小さくすること、すなわち点波源に近くすればよいが、この場合、送信エネルギが不足するという問題が発生する。
【０００３】
超音波センサの開口面積を十分に確保しつつ、広指向性と広い感度周波数帯域を実現する方法としては、従来、特開平９−２９８７９５号公報に見られるように、音響レンズを用いる方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平９−２９８７９５号公報に記載の超音波センサによれば、超音波振動子の保護板の超音波受信面に、ランダムな傾斜断面をもつ複数の溝を同心円状に加工することによって、各センサに対応する部位に音響レンズを形成しているので、構造が複雑になる上、音響レンズの設計・加工に手間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、簡単な構成のもとに広指向性と広い感度周波数帯域を実現することのできる超音波センサの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波センサは、圧電振動子が、この圧電振動子よりも広い面積を有する平板に接合されていることを特徴としており、このような構造を採用することで、広指向性と広い感度周波数帯域を実現することができる。
【０００７】
すなわち、圧電振動子をこの圧電振動子よりも広い面積を有する平板（例えばステンレス製円板）に接合した状態で、圧電振動子を振動させると、圧電振動子に接合した平板の剛性により、圧電振動子の形状はサインカーブとなって振動面が撓んだ状態となり、さらに、圧電振動子周辺の平板にリーキー波（漏洩波）が伝達する。これらの現象により、超音波センサの指向性が向上するとともに、感度周波数帯域が広がる。
【０００８】
ここで、本発明の超音波センサにおいて、圧電振動子よりも広い面積を有する平板は圧電振動子の片面のみに接合した構造としても、十分に目的は達成することはできるが、圧電振動子の両面に平板を接合しておけば、センサ全体のＱ値が下がり、感度周波数帯域をより一層広げることが可能になる。
【０００９】
また、本発明の超音波センサにおいて、平板の圧電振動子の接合部以外の部分に、圧電振動子の放射方向に対して傾きをもつ渦巻き状のスリットを加工しておけば、圧電振動子の放射方向へのリーキー波の伝達が遅れることになり、平板の寸法（例えばステンレス製円板の半径）を小さくすることができ、センサの小型化をはかることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の超音波センサの実施形態の全体斜視図、図２はその実施形態の側面である。
【００１２】
本実施形態の超音波センサは、円柱形状の圧電振動子１と、その圧電振動子１よりも広い面積を有する２枚のステンレス製円板２とからなり、その圧電振動子１の両面にステンレス製円板２が接合されている。これら圧電振動子１と２枚のステンレス製円板２との中心は互いに一致している。
【００１３】
圧電振動子１は、例えばチタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の厚み振動型圧電素子の両面に電極層を形成した素子で、この例では直径２．４ｍｍ、厚さ１ｍｍのものが用いられている。また、ステンレス製円板２には直径１１ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの形状寸法のものが用いられている。
【００１４】
以上の形状・寸法の超音波センサの振動状態を図３に示す。なお、図３は、超音波センサの中心から半径方向に沿って切断した状態を示す断面図である。
【００１５】
図３に示す振動状態において、圧電振動子１が縦に収縮、横に膨張している状態となっており、圧電振動子１の振動面が撓んでいる様子が見られる。これは、圧電振動子１にステンレス製円板２による剛性によって生じる変形（サインカーブ）であり、圧電振動子１にステンレス製円板等の平板が取り付けられていない場合には、圧電振動子１の振動面が大きく撓むことはない。また、図３に示す振動状態において、圧電振動子１の周辺のステンレス製円板２にリーキー波が伝達している様子が見られ、エネルギが効率よく放射されていることがわかる。
【００１６】
ここで、本実施の形態の超音波センサの指向特性を計測したところ、図４に示すような結果が得られた。この図４に示す指向特性図から、本実施の形態の超音波センサでは、３０度で１ｄＢダウンという広い指向性を示すことがわかる。
【００１７】
図５は本発明の超音波センサの他の実施形態の平面図、図６はその実施形態の側面図である。
【００１８】
本実施の形態の超音波センサは、先の実施の形態と同様に、圧電振動子１の両面にステンレス製円板２を接合した構造となっており、そのステンレス製円板２の圧電振動子１が接合されていない部分に、圧電振動子１の放射方向に対して傾きをもつ渦巻き状の複数本のスリット３・・３を加工したところに特徴がある。
【００１９】
そのスリット３の形状は、図７に示すように、ステンレス製円板２の圧電振動子１が接合されていない部分２Ａを直径とする円ａが、定円ｂ（接合部２Ｂ）に沿って転がるときの、その円ａ上の１点ｐが描く軌跡（サイクロイド）から求めている。
【００２０】
そして、ステンレス製円板２に以上のような形状のスリット３・・３を加工しておくことで、ステンレス製円板２の半径方向へのリーキー波の伝達が遅れることになり、ステンレス製円板２の半径を小さくすることができる。
【００２１】
なお、スリット３の形状は、図５に示す形状に限定されず、圧電振動子１の放射方向に対して傾きをもつ渦巻き状であれば、任意の形状を採用することができる。
【００２２】
ここで、以上の実施の形態では、圧電振動子１の両面にステンレス製円板２を接合しているが、圧電振動子１のいずれか一方の面にステンレス製円板２を接合した構成でも、本発明の目的は十分に達成できる。
【００２３】
また、以上の実施の形態では、１個の超音波センサの例を示しているが、複数センサが配列されてなるマルチ超音波センサにも、本発明を適用できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波センサによれば、圧電振動子をこの圧電振動子よりも広い面積を有する平板（例えばステンレス製円板）に接合するという簡単な構成で、広指向性と広い感度周波数帯域を実現できる。
【００２５】
本発明の超音波センサにおいて、圧電振動子の両面に、圧電振動子よりも大きな面積の平板を接合しておけば、センサ全体のＱ値が小さくなり、感度周波数帯域がより一層広くなる。
【００２６】
また、本発明の超音波センサにおいて、平板の圧電振動子の接合部以外の部分に、圧電振動子の放射方向に対して傾きをもつ渦巻き状のスリットを加工しておけば、圧電振動子の放射方向へのリーキー波の伝達が遅れることになり、平板の寸法を小さくすること、つまりセンサの小型化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波センサの実施形態の全体斜視図である。
【図２】本発明の超音波センサの実施形態の側面図である。
【図３】図１及び図２の超音波センサの振動状態を示す断面図である。
【図４】図１及び図２の超音波センサの指向特性図である。
【図５】本発明の超音波センサの他の実施形態の平面図である。
【図６】本発明の超音波センサの他の実施形態の側面図である。
【図７】ステンレス製円板に加工するスリット形状の説明図である。
【符号の説明】
１  圧電振動子
２  ステンレス製平板
３  スリット
【図１】
0004237863.tif 000002
【図２】
0004237863.tif 000003
【図３】
0004237863.tif 000004
【図４】
0004237863.tif 000005
【図５】
0004237863.tif 000006
【図６】
0004237863.tif 000007
【図７】
0004237863.tif 000008