(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックス（１）と有機高分子（２）と前記圧電セラミックス（１）の面上にのみ形成された電極（３）とを有してなるコンポジット圧電振動子であって、前記有機高分子（２）は圧電セラミックス（１）に形成された溝（１ａ）に気泡（２ａ）が混入した状態で充填されており、前記電極（３）は一方の電極（３ａ）と他方の電極（３ｂ）とで構成され、前記圧電セラミックス（１）の一方の面には少なくとも前記一方の電極（３ａ）が形成されると共にマージン部（４）が設けられ、前記他方の電極（３ｂ）は圧電セラミックス（１）の前記一方の面とは厚み方向に対向する他方の面と一つの側面とに形成されるかまたは前記他方の面と一つの側面と前記一方の面とに形成され、前記一方の電極（３ａ）と他方の電極（３ｂ）とは前記マージン部（４）によって絶縁され、前記圧電セラミックス（１）の溝（１ａ）は圧電セラミックス（１）の前記他方の電極（３ｂ）が形成されている他方の面から前記一方の電極（３ａ）が形成されている一方の面に向かいかつ前記他方の電極（３ｂ）が形成されている圧電セラミックス（１）の側面に対して垂直方向に形成され、前記溝（１ａ）の深さ（ｄ）は圧電セラミックス（１）の厚み（ｔ）に対して７０〜９０％であり、前記溝（１ａ）の形成により凸状となった圧電セラミックス（１）の幅（ｗ）と溝（１ａ）の深さ（ｄ）との比〔凸状となった圧電セラミックス（１）の幅（ｗ）／溝（１ａ）の深さ（ｄ）〕は０．２〜０．７であることを特徴とするコンポジット圧電振動子。
【請求項２】
圧電セラミックス（１）に機械加工にて溝（１ａ）を形成する第１工程と、前記第１工程により圧電セラミックス（１）に形成された溝（１ａ）に有機高分子を充填し、硬化により圧電セラミックス（１）と気泡（２ａ）が混入した有機高分子（２）とを一体化させる第２工程とを経由することを特徴とする請求項１記載のコンポジット圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子の厚み方向の振動（縦振動）を利用するコンポジット圧電振動子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、特に超音波洗浄機に使用するのに適したコンポジット圧電振動子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電振動子を用いた超音波洗浄機では、平面形状が長方形状で板状のセラミックス圧電振動子を１枚ないし複数枚洗浄槽に貼り付けて、縦方向の共振周波数または反共振周波数を利用して超音波を発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の圧電振動子では、それぞれの圧電振動子の音圧が該圧電振動子の中心部に集中し、端部では音圧が小さくなっている。従って、複数板の圧電振動子を洗浄槽に貼り付けた場合には、圧電振動子間の継ぎ目の部分の音圧が小さくなり洗浄ムラの発生を引き起こす原因になる。そこで、圧電振動子１枚のサイズを大きくする試みもなされているが製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００４】
また、エネルギー効率を高めるため、洗浄槽の材質として比重の軽いガラスやアクリル樹脂などを使用する試みもある。しかしながら、圧電振動子とガラスやアクリル樹脂とでは比重差が大きいため、音波が効率よく伝わらず、そのため、圧電振動子についても比重の小さいものが要求されている。
【０００５】
さらに、従来の圧電振動子では、厚み方向の振動モードの電気機械結合係数ｋｔが、横方向の振動モードが阻害されることによって５０％以下の値になってしまうため、縦方向に対する超音波の発生力を低下させてしまっている。
【０００６】
そのため、従来からも、圧電セラミックスと有機高分子とを一体化したコンポジット圧電振動子が提案されていて、このコンポジット圧電振動子は、高い電気機械結合係数ｋｔが得られ、かつ音響インピーダンスが低くなることによって溶媒に対する超音波の伝播効率を高めることが知られている。しかしながら、このコンポジット圧電振動子の製造にあたって、従来から採用されている方法、例えばダイズアンドフィル（ｄｉｃｅ  ａｎｄ  ｆｉｌｌ）法によるコンポジット圧電振動子の製造方法は、焼成後のセラミックスを表面調整した後、該セラミックスにダイシングマシーンにより溝を形成し、有機高分子の充填および硬化を行い、その際にはみ出た有機高分子を除去した後、ラップ研磨機により研磨して厚みを調整し、マスキングをした後、電極を形成し、その電極形成後、マスキングを除去し、分極処理をする工程をたどる煩雑なものであり、コスト的に高価であって実用的でないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、振動子の中央部と端部とで音圧に差がなく音圧分布が均等で、電気機械結合係数ｋｔが高く、かつ音響インピーダンスが低く、超音波の伝播効率がさらに向上したコンポジット圧電振動子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その構成を実施例に対応する図１〜図３を用いて説明すると、本発明のコンポジット圧電振動子は、圧電セラミックス１と有機高分子２と前記圧電セラミックス１の面上にのみ形成された電極３とを有してなるコンポジット圧電振動子であって、前記有機高分子２は圧電セラミックス１に形成された溝１ａに気泡２ａが混入した状態で充填されており、前記電極３は一方の電極３ａと他方の電極３ｂとで構成され、前記圧電セラミックス１の一方の面には少なくとも前記一方の電極３ａが形成されると共にマージン部４が設けられ、前記他方の電極３ｂは圧電セラミックス１の他方の面と一つの側面とに形成されるかまたは前記他方の面と一つの側面と前記一方の面とに形成され、前記一方の電極３ａと前記他方の電極３ｂとは前記マージン部４によって絶縁され、前記圧電セラミックス１の溝１ａは圧電セラミックス１の前記他方の電極３ｂが形成されている他方の面から前記一方の電極３ａが形成されている一方の面に向かいかつ前記他方の電極３ｂが形成されている圧電セラミックス１の側面に対して垂直方向に形成され、前記溝１ａの深さｄは圧電セラミックス１の厚みｔに対して７０〜９０％であり、前記溝１ａの形成により凸状となった圧電セラミックス１の幅ｗと溝１ａの深さｄとの比（凸状となった圧電セラミックス１の幅ｗ／溝１ａの深さｄ）は０．２〜０．７であることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、圧電セラミックスとは、セラミックスに所定の電極を形成した後、分極処理することによって圧電性を有するようにしたものを言い、そのセラミックスとしては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（以下、「ＰＺＴ系セラミックス」と略す）、チタン酸鉛系セラミックス、ニオブ酸鉛系セラミックスなどが比較的高い電気機械結合係数ｋｔを有することから好適に用いられる。
【００１０】
本発明において、圧電セラミックスに形成する溝の深さは圧電セラミックスの厚みに対して７０％〜９０％であることが必要であり、溝の深さが圧電セラミックスの厚みの７０％未満では厚み方向に対する電気機械結合係数ｋｔが高くならないため強い音圧を得ることができず、また溝の深さが圧電セラミックスの厚みの９０％を超えると、圧電セラミックスの強度が落ちてしまい溝の形成が困難になってしまう。
【００１１】
本発明のコンポジット圧電振動子において、溝の形成により凸部となった圧電セラミックスの幅と溝の深さとの比（凸状となった圧電セラミックスの幅／溝の深さ）は０．２〜０．７であることが必要である。すなわち、この比が０．７より大きい場合は、表１に示すように厚み方向の電気機械結合係数ｋｔが高い値を示さず、また、この比が０．２より小さい場合は、溝の形成が困難になる上に、電気機械結合係数ｋｔの向上が飽和に達してしまうため無意味となる。そして、この溝の形成により凸部となった圧電セラミックスの幅と溝の深さとの比としては０．３〜０．６であることが好ましい。
【００１２】
ここで、本発明のコンポジット圧電振動子を図面を参照つつ説明する。図１は本発明のコンポジット圧電振動子の一例を模式的に示す斜視図で、（ａ）はその一方の面側から見た状態、つまり、正負電極を取り出す面側から見た状態を示し、（ｂ）は上記一方の面と厚み方向に対向する面側から見た状態、つまり、（ａ）に示す側とは反対側から見た状態を示しており、図２は図１の（ｂ）におけるＡ−Ａ線断面を拡大して模式的に示す断面図である。そして、図３は図１に示すコンポジット圧電振動子の図２に示す状態のものの圧電セラミックス部分のみを模式的に示す断面図である。
【００１３】
図１に示すコンポジット圧電振動子は、圧電セラミックス１と有機高分子２と上記圧電セラミックス１の面上にのみ形成された電極３とで構成され、有機高分子２中には図２に示すように気泡２ａが混入しており、この気泡２ａの体積は２で示される有機高分子の体積中の大半を占めている。上記電極３は一方の電極３ａと他方の電極３ｂとで構成され、上記圧電セラミックス１の一方の面には少なくとも一方の電極３ａが形成されると共にマージン部４が設けられ、この図１に示すコンポジット圧電振動子では、他方の電極３ｂは圧電セラミックス１の他方の面と一つの側面と前記一方の面とに形成され、この他方の電極３ｂと上記一方の電極３ａとは上記マージン部４によって絶縁されている。したがって、この図１に示すコンポジット圧電振動子では、コンポジット圧電振動子の同一面〔図１の（ａ）に示す一方の電極３ａが形成されると共にマージン部４が設けられている面〕から正負電極の取り出しができる。なお、本発明のコンポジット圧電振動子においては、上記説明からも明らかなように、電極はいずれも圧電セラミックス１の面上にのみ形成されていて、有機高分子２の面上には形成されていない。また、他方の電極３ｂは、上記図１に示す場合だけでなく、図５に示すように、圧電セラミックス１の他方の面と一つの側面のみに形成してもよい。この場合のコンポジット圧電振動子からの正負電極の取り出しは、コンポジット圧電振動子の一方の電極３ａが形成されている他方の電極３ｂが形成されている側面から行われる。
【００１４】
つぎに、圧電セラミックスに形成される溝について図３を参照しつつ説明する。図３は図２に示すコンポジット圧電振動子の断面図に対応する圧電セラミックス１の断面図であり、圧電セラミックス１にはその厚み方向に溝１ａが形成され、その溝には図２に示すように有機高分子２が気泡２ａが混入した状態で充填されているが、この溝１ａの深さｄは前記のように圧電セラミックス１の厚みｔの７０〜９０％に相当する。そして、上記溝１ａの形成により凸状となった圧電セラミックス１の幅と溝１ａの深さｄとの比（凸状となった圧電セラミックス１の幅Ｗ／溝１ａの深さｄ）は前記のように０．２〜０．７であることが必要であり、０．３〜０．６であることが好ましい。なお、本発明において、圧電セラミックス１とは電極を含まないものをいい、したがって、圧電セラミックス１の厚みｔや圧電セラミックス１に形成される溝１ａの深さｄには電極の厚みを含まない。また、この圧電セラミックス１に形成される溝１ａは、例えば、図１の（ｂ）〔ただし、この図１の（ｂ）では溝に有機高分子２が充填されている〕からも明らかなように、圧電セラミックス１の上記他方の電極３ｂの大部分が形成されている他方の面から上記一方の電極３ａが形成されている一方の面に向かいかつ上記他方の電極３ｂが形成されている圧電セラミックス１の側面に対して垂直方向に形成され、図に示すものでは３本平行に形成されているが、この溝１ａは４本以上であってもよいし、また１本でもよい。
【００１５】
つぎに、電極３の構成について説明する。電極３は前記のように圧電セラミックス１の一方の面に形成された一方の電極３ａとその大部分が圧電セラミックス１の上記一方の面とは厚み方向に対向する他方の面に形成されている他方の電極３ｂとで構成される。
【００１６】
図１の（ａ）に示す状態の場合は、圧電セラミックスは全面に残っていて、この面では、電極は広い面積を有する一方の電極３ａとマージン部４を介して他方の電極３ｂの一部とが形成されている。上記のマージン部４とは電極が形成されていない部分（すなわち、圧電セラミックスの露出した部分）であり、その結果、一方の電極３ａと他方の電極３ｂとはマージン部４によって絶縁され、一方の電極３ａと他方の電極３ｂとは異極の電極となり得る。なお、上記において、この図１の（ａ）に示す状態では、圧電セラミックスが全面に残っていると記載しているが、圧電セラミックスの上には電極が形成されているため、露出しているのはマージン部４に相当する部分のみである。また、上記マージン部４は、図１の（ａ）に示すような直線状のものだけでなく、例えば、図４に示すように、一部が湾曲して非直線状になったものであってもよい。
【００１７】
一方、図１の（ｂ）に示す状態の場合は、図２に示すように、圧電セラミックス１の溝に充填された有機高分子２が存在するため、圧電セラミックス１と有機高分子２とが交互に配置した状態で存在し、圧電セラミックス１の面上にのみ他方の電極３ｂが形成されている。ただし、上記他方の電極３ｂの一部は、圧電セラミックス１の一つの側面を跨ぐようにして、その側面と前記一方の面の一部に一方の電極３ａとはマージン部４を介して形成されている。なお、この他方の電極３ｂの一部を形成する圧電セラミックス１の側面にはエッジ部での電極切れによる不導通を防止するためＲ加工またはＣ面加工を施しておくことが好ましい。
【００１８】
また、本発明のコンポジット圧電振動子では、図５に示すように、他方の電極３ｂは圧電セラミックス１の側面を跨がず一つの側面と他方の面のみに形成されていてもよい。この場合は、コンポジット圧電振動子からの正負電極の取り出しはコンポジット圧電振動子の一方の電極３ａが形成されている一方の面と前記他方の電極３ｂの一部が形成されている側面から行うことができる。
【００１９】
本発明のコンポジット圧電振動子は、後にその製造方法のところで詳しく説明するように、セラミックスに電極を形成した後に有機高分子と複合化するので、電極の形成にあたって加熱することが可能であり、従来のように、有機高分子と複合化してから電極を形成する場合には採用することができなかったスクリーン印刷−焼き付けによる電極の形成を採用することができる。
【００２０】
本発明のコンポジット圧電振動子における有機高分子としては、例えば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂などの室温硬化型または熱硬化型の有機高分子が用いられる。そして、本発明においては、その有機高分子中に気泡を混入させているが、これは、気泡を混入させることにより、有機高分子の硬化時における体積膨張を緩和することができ、それによって、コンポジット圧電セラミックスの製造時における有機高分子の硬化に基づく体積膨張により圧電セラミックスが破壊されるのを防止することができるからである。
【００２１】
この有機高分子中に気泡を混入させるにあたっては、市販のプラスティックマイクロバルーンを用い、それを有機高分子の液体または粉体中に均一に分散させておくことが好ましい。これは、そうしておくことによって、有機高分子の硬化時の加熱により、上記プラスティックバルーンが膨張されて有機高分子中に気泡が混入された状態になるからである。
【００２２】
また、上記のように気泡を有機高分子中に混入させておくことによって、有機高分子の比重が低下して圧電振動子としての振動阻害を低減させることができ、またコンポジット圧電振動子の比重が低くなることから、音響インピーダンスが小さくなり、溶媒に伝わる音波強度が大きくなるという利点もある。
【００２３】
つぎに、本発明のコンポジット圧電振動子の製造方法を従来のコンポジット圧電振動子の製造方法と対比しつつ説明する。
【００２４】
まず、本発明のコンポジット圧電振動子は、図６にその概略を簡略化した状態で示すように、セラミックス化し（つまり、セラミックスを作製し）、そのセラミックスの厚みを調整した後、そのセラミックスに前記所定の電極を形成し、分極処理して、圧電セラミックスとした後、溝を形成し、その溝に有機高分子を充填した後、有機高分子を硬化させて、圧電セラミックスと気泡が混入した状態の有機高分子とを一体化させて複合化し、必要に応じて、不要の有機高分子を除去することによって、製造される。
【００２５】
これに対して、従来のコンポジット圧電振動子は、図７に示すように、セラミックス化し、そのセラミックスの表面を調整した後、溝を形成し、その溝に有機高分子を充填し、有機高分子を硬化させた後、厚みを調整し、マスキングをしてから電極を形成し、その電極形成後、マスキングを除去し、分極処理することによって、製造される。
【００２６】
上記のように、本発明のコンポジット圧電振動子の製造方法と従来のコンポジット圧電振動子の製造方法とでは、従来のコンポジット圧電振動子の製造方法が、セラミックスと有機高分子とを複合化してから電極を形成し、分極処理してコンポジット圧電振動子としているのに対し、本発明のコンポジット圧電振動子の製造方法が、セラミックスに電極を形成し、分極処理して圧電セラミックスとした後、その圧電セラミックスと有機高分子とを複合化してコンポジット圧電振動子としている点において相違する。
【００２７】
そこで、その相違を踏まえて、本発明のコンポジット圧電振動子の製造方法の特徴を示すと、本発明のコンポジット圧電振動子の製造方法は、圧電セラミックスに機械加工にて複数の溝を形成する第１工程と、その第１工程で形成された圧電セラミックスの溝に有機高分子を充填し、有機高分子の硬化により、圧電セラミックスと気泡が混入された状態の有機高分子とを一体化させる第２工程とを経由してコンポジット圧電振動子を製造することに特徴がある。
【００２８】
上記のように本発明のコンポジット圧電振動子の製造方法は、分極の工程までは従来の圧電セラミックス振動子の製造方法と変わらず、それにコンポジット化するために、溝加工、有機高分子充填、硬化、不要高分子除去という簡単な工程を付加するだけなので、コンポジット圧電振動子を安価に製造することができる。
【００２９】
本発明のコンポジット圧電振動子は、その電気機械結合係数ｋｔが高く、音響インピーダンスが低いという特性を生かして、特に超音波洗浄機に使用するのが適しているが、それ以外にも、例えば、胆石や腎臓結石の破壊用の医療用機械器具などにも使用できる可能性がある。
【００３０】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
ＰＺＴ系圧電セラミックス構成用粉体とバインダー、可塑剤、溶剤および分散剤とを混合・混練し、押し出し成形機にて成形して、所定厚みのグリーンシートを得た。得られたグリーンシートを所定の大きさにカットして、セラミックス構成用成形体とし、そのセラミックス構成用成形体を脱脂した後、１２００℃で焼成して、ＰＺＴ系セラミックスを得た。このセラミックスを両面研磨機にて加工して、長さ１１２ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚み１．０５ｍｍのＰＺＴ系セラミックス板を得た。なお、幅３０ｍｍの側面の一つにはＲ付け加工を施しておいた。
【００３２】
上記セラミックス板に対して、銀ペーストを用いてスクリーン法で一方の面にマージン部を残して印刷し、他方の面には全面印刷し、Ｒ加工を施した側面に銀ペーストを塗布した後、７００℃で焼き付けて電極を形成した。このＰＺＴ系セラミックス板の電極の両端に所定強度の直流電圧を印加して分極処理を行い、所定形状の電極を有する圧電セラミックスを得た。次にダイシングマシーンのブレード幅が０．１ｍｍのものを使用して、図１に示す構造のコンポジット圧電振動子を形成できるように、圧電セラミックスに他方の面（つまり、全面に電極を形成した側の面）からマージン部を有する側の面に向かいかつＲ加工を施した側面に対して垂直方向に０．８５ｍｍの深さ（ただし、圧電セラミックスの厚さ方向に０．８５ｍｍの深さ）で溝を形成した。その際、ダイシングマシーンのブレード送りピッチを溝の形成により凸部となる圧電セラミックスの幅が０．３ｍｍとなるように設定した。
【００３３】
上記のようにして形成した圧電セラミックスの溝にエポキシ系樹脂にプラスティックマイクロバルーンを加えて混合して調製した樹脂組成物を充填し、加熱してエポキシ系樹脂を硬化させるとともにプラスチックマイクロバルーンを膨張させて、図２における気泡２ａが混入された有機高分子２とし、その後、はみ出した樹脂を除去してコンポジット圧電振動子を得た。エポキシ系樹脂に加えたプラスチックバルーンの量はエポキシ系樹脂１００質量部に対して６質量部であった。
【００３４】
ここで、この実施例１で製造されたコンポジット圧電振動子と図１に示すコンポジット圧電振動子との関係を説明しておくと、圧電セラミックスに対する前記の溝形成は、圧電セラミックスの他方の面側に対して行われている（圧電セラミックスの一方の面、すなわちマージン部を有する側には溝を形成しない）、それによって形成された溝に上記のようにして気泡が混入した有機高分子が充填されていて、この面から見た状態は図１の（ｂ）に示す状態になる。すなわち、溝が形成されずに凸状になった圧電セラミックス上に形成されている電極は他方の電極３ｂとなる。
【００３５】
これに対して、圧電セラミックスのマージン部を有する面側は、図１の（ａ）に示されるものとなり、この面に形成される電極は一方の電極３ａと他方の電極３ｂの一部とになり、それらの間にはマージン部４が介在している。
【００３６】
つぎに、上記のようにして得たコンポジット圧電振動子の周波数−インピーダンス特性をＨＰ（ヒューレットパッカード社）製ゲインフェーズ・インピーダンスアナライザー４１９４Ａを用いて測定し、厚み方向の共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）および共振インピーダンス（Ｚｒ）と反共振インピーダンス（Ｚａ）を求めた。その結果を表１に示す。
【００３７】
また、前記共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）から、厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）を日本電子材料工業界の圧電セラミックス振動子の試験方法に準じて算出した。さらに、上記共振周波数（ｆｒ）とコンポジット圧電振動子の嵩密度から音響インピーダンスを算出した。それらの結果についても表１に示す。なお、コンポジット圧電振動子の嵩密度は、得られたコンポジット圧電振動子の幾何的なサイズをマイクロメーターとノギスで測定し、質量を精密天秤で測定し、それらの測定値から算出したものである。
【００３８】
実施例２
ダイシングマシーンによる溝の形成時に、上記溝の形成により凸部となる圧電セラミックスの幅が０．４ｍｍとなるようにした以外は、実施例１と同様にコンポジット圧電振動子を製造し、得られたコンポジット圧電振動子について、実施例１と同様に、共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ）、共振インピーダンス（Ｚｒ）、反共振インピーダンス（Ｚａ）、厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）、音響インピーダンスを求めた。それらの結果を表１に示す。
【００３９】
実施例３
ダイシングマシーンによる溝の形成時に、上記溝の形成により凸部となる圧電セラミックスの幅が０．５ｍｍとなるようにした以外は、実施例１と同様にコンポジット圧電振動子を製造し、得られたコンポジット圧電振動子について、実施例１と同様に、共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ）、共振インピーダンス（Ｚｒ）、反共振インピーダンス（Ｚａ）、厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）、音響インピーダンスを求めた。それらの結果を表１に示す。
【００４０】
比較例１
実施例１で得られた圧電セラミックスに対してダイシングマシーンによる溝の形成を行わず（したがって、有機高分子との複合化も行わず）、その圧電セラミックスのままで圧電セラミックス振動子とし、その圧電セラミックス振動子について、実施例１と同様に、共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ）、共振インピーダンス（Ｚｒ）、反共振インピーダンス（Ｚａ）、厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）、音響インピーダンスを求めた。それらの結果を表１に示す。
【００４１】
比較例２
ダイシングマシーンによる溝の形成時に、上記溝の形成により凸部となる圧電セラミックスの幅が０．７ｍｍとなるようにした以外は、実施例１と同様にコンポジット圧電振動子を製造し、得られたコンポジット圧電振動子について、実施例１と同様に、共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ）、共振インピーダンス（Ｚｒ）、反共振インピーダンス（Ｚａ）、厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）、音響インピーダンスを求めた。それらの結果を表１に示す。
【００４２】
上記のように、実施例１〜３のコンポジット圧電振動子、比較例１の圧電セラミックス振動子および比較例２のコンポジット圧電振動子について求めた共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ）、共振インピーダンス（Ｚｒ）、反共振インピーダンス（Ｚａ）、厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）、音響インピーダンスを表１に示すが、スペース上の関係でそれぞれ下記に示すように簡略化して表示する。また、それらの単位も省略して表示する。
【００４３】
ｆｒ＝共振周波数、単位：ｋＨｚ
ｆａ＝反共振周波数、単位：ｋＨｚ
Ｚｒ＝共振インピーダンス、単位：Ω
Ｚａ＝反共振インピーダンス、単位：Ω
ｋｔ＝電気機械結合係数、単位：％
【００４４】
なお、音響インピーダンスの単位は（Ｍｒａｙｌ）であるが、表１ではそれも省略している。また、表１には、溝の形成により凸部となった圧電セラミックスの幅ｗと溝の深さｄとの比（凸部となった圧電セラミックスの幅ｗ／溝の深さｄ）についても表示するが、これについては「ｗ／ｄ」で表示する。実施例１〜３および比較例２のコンポジット圧電振動子のいずれにおいても、溝の深さは０．８５ｍｍであり、これは圧電セラミックスの厚み１．０５ｍｍに対して約８０％に相当する。
【００４５】
【表１】
0003856380.tif 000002
【００４６】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜３のコンポジット圧電振動子は、比較例１の圧電セラミックス振動子に比べて、厚み方向の電気機械結合係数（ｋｔ）が高く、かつ音響インピーダンスが低かった。この結果から、実施例１〜３のコンポジット圧電振動子は、比較例１の圧電セラミックス振動子に比べて、超音波の伝播効率が高く、超音波洗浄機用の圧電振動子として優れた特性を有しているものと推測できる。また、実施例１〜３のコンポジット圧電振動子は、比較例２のコンポジット圧電振動子に比べても、電気機械結合係数（ｋｔ）が高く、超音波洗浄機用の圧電振動子として優れた特性を有しているものと推定される。
【００４７】
つぎに、前記実施例１のコンポジット圧電振動子と比較例１の圧電セラミックス振動子をそれぞれ超音波洗浄機の洗浄槽に取り付け、溶媒を水とした場合の位置の相違による音圧強度の相違について調べた結果について説明する。その音圧強度の相違を調べるための試験は、図８に示すように、実施例１のコンポジット圧電振動子１０を洗浄槽１１の底部に取り付け、溶媒を水とし、コンポジット圧電振動子１から発振した超音波を図８に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５箇所で検出器１２により検出する。そして、そのＣの位置（すなわち、コンポジット圧電振動子１の中心部に対応する位置）の音圧強度を基準値１とし、他のＡ、Ｂ、ＤおよびＥの位置での音圧強度比を求めた。その結果を表２に示す。
【００４８】
また、比較例１の圧電セラミックス振動子についても、実施例１のコンポジット圧電振動子と同様に超音波洗浄機の洗浄槽の底部に取り付け、圧電セラミックス振動子から発振した超音波を図８に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５箇所で検出器により検出し、そのＣの位置の音圧強度を基準値１とし、他のＡ、Ｂ、ＤおよびＥの位置での音圧強度比を求めた。その結果を表２に示す。なお、超音波は、実施例１のコンポジット圧電振動子、比較例１の圧電セラミックス振動子とも、反共振周波数を利用しており、入力電力は圧電セラミックス面積に対して２Ｗ／ｃｍ2 であった。
【００４９】
【表２】
0003856380.tif 000003
【００５０】
表２に示す結果から明らかなように、実施例１のコンポジット圧電振動子による場合は、位置の相違による音圧強度の相違がそれほど大きくなく、音圧ムラが少ないことを示していたが、比較例１の圧電セラミックス振動子による場合は、中心部から遠ざかるにつれて音圧強度が大きく低下し、音圧ムラが大きいことを示していた。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、厚み方向に対する電気機械結合係数ｋｔが高く、かつ音響インピーダンスが低いコンポジット圧電振動子を提供することができた。したがって、本発明のコンポジット圧電振動子を超音波洗浄機に使用した場合は、音圧強度が大きく、かつ音圧が均等で洗浄ムラの発生が減少するものと期待できる。
【００５２】
また、本発明のコンポジット圧電振動子は、いわば、従来の圧電セラミックス振動子に溝を形成し、その溝に有機高分子を充填し、硬化するという簡単な工程を付加することによって製造できるので、高性能のコンポジット圧電振動子を安価に製造することができる。さらに、本発明のコンポジット圧電振動子は、電極を前記特定の一方の電極と他方の電極とで構成することによって、コンポジット圧電振動子の同一面または一方の面と側面とからの正負電極の取り出しを可能にしているので、従来の超音波洗浄機用圧電振動子と同様の取り扱いができ、超音波洗浄機への取り付けにあたって作業性の低下を招くようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンポジット圧電振動子の一例を模式的に示す斜視図であって、（ａ）はその一方の電極を形成した面側から見た図で、（ｂ）はその（ａ）に示す側とは反対側から見た図である。
【図２】図１の（ｂ）におけるＡ−Ａ断面を拡大して模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示すコンポジット圧電振動子の図２に示す状態のものの圧電セラミックス部分のみを模式的に示す断面図である。
【図４】本発明のコンポジット圧電振動子の他の例を模式的に示す斜視図であって、その一方の電極を形成した側から見た図である。
【図５】本発明のコンポジット圧電振動子のさらに他の例を模式的に示す斜視図であって、その一方の電極を形成した側から見た図である。
【図６】本発明のコンポジット圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図７】従来のコンポジット圧電振動子の製造工程を示す図である。
【図８】コンポジット圧電振動子を超音波洗浄機の洗浄槽に取り付けた場合の位置の相違による音圧強度の相違を調べるための試験装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１    圧電セラミックス
１ａ  溝
２    有機高分子
２ａ  気泡
３    電極
３ａ  一方の電極
３ｂ  他方の電極
４    マージン部
１０  コンポジット圧電振動子
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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