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

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1.励振電界傾斜併用型トランスジューサ微細なV字状の溝を形成した圧電体のV溝内に電極を設け、圧電定数の大きさと共に圧電材料に加わる励振電界の大きさも傾斜させた構造の広帯域超音波トランスジューサを提案した。厚さ200μmの楔形ブレ-ドを装着したダイシング・ソ-により、厚さ0.7mmの圧電板にピッチ約250μm、深さ約390μm、角度約30°の溝を形成し、その内部に励振電極を設けてトランスジューサを試作した。その結果、水中への放射超音波の短パルス化が実現され、以前報告したものよりもさらに平坦な周波数特性を持つトランスジューサが得られた。2.強誘電結晶のドメイン反転を利用した表面励振型トランスジューサ一様な自発分極を持つ圧電単結晶の片側表面に微細な周期的反転ドメイン形成し、その上に設けた交差指電極を励振電極とするトランスジューサについて検討した。このような構成では、各電極の下部において発生する歪みはどこでも同符号となり、表面に垂直な方向に音波が励振される。また、音波の励振力は深さ方向に傾斜すると考えられる。LiNbO_336°回転Y板の+Y'面に周期34μm、本数20本のTiグレーティングパターンを付け、Ti拡散処理により周期的な反転ドメインを形成した。この表面に周期が半分の電極を形成し、トランスジューサを試作したところ、予想されたように広帯域な周波数特性をもつ超高周波用のトランスジューサが得られた。3.駆動力分布と周波数特性の関係の理論的検討 トランスジューサの両側にこれと同じ音響インピーダンスを持つ放射媒質が接続している場合、および片面が自由端で他面にインピーダンス整合媒質が接続された場合について、圧電的な駆動力の分布と放射音波の周波数特性との関係を理論解析により明らかにした。