広帯域超音波トランスジューサ実現のための圧電傾斜機能材料の基礎的研究

1.複合V溝構造による傾斜化圧電トランスジューサの提案と試作圧電板の片面に多数の微細なV字状の溝を刻み、これに非圧電性の高分子ポリマーを充填した構造の超音波トランスジューサを提案した。このような構造を用いれば、板面に平行な断面内での圧電体の占める割合が厚さ方向に対して徐々に変化するため、等価的に圧電定数が傾斜化され、トランスジューサの広帯域化が期待できる。これを検証するため、厚み方向に分極処理されたPb (Zr, Ti) O_3系セラミックスの角板(TOKIN製NEPEC-6, 20mmx20mmx0.7mm)にダイシング・ソ-で一方向に微細な楔状の溝を形成し、トランスジューサの試作を行った。用いた楔形ブレ-ドは特注により製作されたもので、厚さ200μm、刃先角29.8°である。形成した溝は、深さ約390μm、ピッチ約250μm、本数71本であり、これにエポキシ系のポリマーであるアラルダイトを充填した。このトランスジューサを水中に入れてスパイク状の電気パルスで駆動し、広帯域ハイドロホンで受信した音圧波形の周波数特性を調べた結果、従来のトランスジューサに見られる基本および高次の厚み共振周波数付近での鋭いピークが緩和されることが確かめられ、広帯域化の可能性が検証された。2.強誘電体のドメイン反転現象を利用した傾斜化圧電材料の検討短波長帯での広帯域超音波トランスジューサを実現するため、強誘電体のドメイン反転現象を利用した傾斜化圧電材料について検討した。第一段階として本年度は、多分域化したLiTaO_3結晶板の片面に微細な櫛状のメタルマスクを形成してプロトン交換を行った後、キュリー点直下で熱処理を行えば、領域断面積が深さ方向に変化した周期的な単分域領域が形成されることを確かめた。

1.複合V溝構造による傾斜化圧電トランスジューサの提案と試作圧電板の片面に多数の微細なV字状の溝を刻み、これに非圧電性の高分子ポリマーを充填した構造の超音波トランスジューサを提案した。このような構造を用いれば、板面に平行な断面内での圧電体の占める割合が厚さ方向に対して徐々に変化するため、等価的に圧電定数が傾斜化され、トランスジューサの広帯域化が期待できる。これを検証するため、厚み方向に分極処理されたPb (Zr, Ti) O_3系セラミックスの角板(TOKIN製NEPEC-6, 20mmx20mmx0.7mm)にダイシング・ソ-で一方向に微細な楔状の溝を形成し、トランスジューサの試作を行った。用いた楔形ブレ-ドは特注により製作されたもので、厚さ200μm、刃先角29.8°である。形成した溝は、深さ約390μm、ピッチ約250μm、本数71本であり、これにエポキシ系のポリマーであるアラルダイトを充填した。このトランスジューサを水中に入れてスパイク状の電気パルスで駆動し、広帯域ハイドロホンで受信した音圧波形の周波数特性を調べた結果、従来のトランスジューサに見られる基本および高次の厚み共振周波数付近での鋭いピークが緩和されることが確かめられ、広帯域化の可能性が検証された。2.強誘電体のドメイン反転現象を利用した傾斜化圧電材料の検討短波長帯での広帯域超音波トランスジューサを実現するため、強誘電体のドメイン反転現象を利用した傾斜化圧電材料について検討した。第一段階として本年度は、多分域化したLiTaO_3結晶板の片面に微細な櫛状のメタルマスクを形成してプロトン交換を行った後、キュリー点直下で熱処理を行えば、領域断面積が深さ方向に変化した周期的な単分域領域が形成されることを確かめた。