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公開番号2025062990
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-15
出願番号2024110301
出願日2024-07-09
発明の名称超音波素子及びアレイ構造の超音波素子
出願人DIC株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H04R 17/00 20060101AFI20250408BHJP(電気通信技術)
要約【課題】超音波帯で優れた圧電性能を示し、かつ容易に安価に製造できる超音波素子を提供する。
【解決手段】本発明にかかる超音波素子は、ドーム形状部を有する圧電体と、前記ドーム形状部の両面に設けられた電極層とを備えた超音波素子であって、前記圧電体が、圧電体粒子と樹脂とを含有する圧電コンポジット材料を含み、10GPa以上のヤング率を有する圧電シートからなり、前記超音波素子の共振周波数が20kHzより大きいことを特徴とする。振動変位から観測されるQ値が5以上であることが好ましい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ドーム形状部を有する圧電体と、前記ドーム形状部の両面に設けられた電極層とを備えた超音波素子であって、
前記圧電体が、圧電体粒子と樹脂とを含有する圧電コンポジット材料を含み、１０ＧＰａ以上のヤング率を有する圧電シートからなり、
前記超音波素子の共振周波数が２０ｋＨｚより大きいことを特徴とする超音波素子。
続きを表示（約 420 文字）【請求項２】
振動変位から観測されるＱ値が５以上である請求項１に記載の超音波素子。
【請求項３】
前記樹脂がポリフッ化ビニリデンである、請求項１又は２に記載の超音波素子。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波素子を複数備えるアレイ構造の超音波素子であって、
複数の前記超音波素子の各前記圧電体が１枚の圧電シートから形成されたことを特徴とするアレイ構造の超音波素子。
【請求項５】
複数の前記超音波素子は、各前記超音波素子の前記ドーム形状部の底面部から天頂部までの高さＨのばらつきが±５％以内である請求項４に記載のアレイ構造の超音波素子。
【請求項６】
前記複数の超音波素子は、各前記圧電体の前記ドーム形状部の前記電極層のうち少なくとも一方の面に設けられた電極層が、互いに独立して設けられ且つ互いに独立して制御可能である請求項４に記載のアレイ構造の超音波素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体と電極層とを備えた超音波素子及びアレイ構造の超音波素子に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
超音波センサーは車載用超音波ソナー・液面計・粉末のレベルメータ・医療用超音波探触子・工業用超音波探触子といった様々な分野で活用がされている。例えば、車載用の空中超音波センサーでは、車より超音波を送信し、障害物に反射して受信するまでの時間を計測することにより、障害物までの距離を検知し、衝突防止が可能となっている。また、近年では、空中ハプティクスと呼ばれる超音波を用いた触覚デバイスが注目されつつある。
【０００３】
このような超音波センサーには圧電素子が用いられており、圧電効果を利用して超音波の送受信を行っている。超音波の送受信を精度良く行う為には、ドーム型の圧電素子をアレイ構造に配置することが最も効果的であると考えられる。
【０００４】
従来、超音波センサーには、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いたセラミックスタイプが圧電素子として良く用いられてきた。例えば、特許文献１には、ＰＺＴ系圧電セラミックスを用いてドーム型の圧電素子とする方法が開示されている。しかしながら、その製造方法は、粉末圧電セラミックス材料を所望形状の金型で挟持圧締し、１２００℃で焼成するものであり、工程が煩雑で費用が掛かるという課題があった。
【０００５】
他方、特許文献２には、高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体を、一方の主面側に突出するように凸面状に成形した電気音響変換フィルムが開示されている。しかしながら、前記電気音響変換フィルムは２０Ｈｚ～２０ｋＨｚのオーディオ帯域で優れた性能を示すものであり、超音波帯での検討が不十分であった。
【０００６】
また、いずれの文献においてもアレイ構造の圧電素子については記載されていない。そして、おそらく、アレイ構造の圧電素子を製造する場合には、個々の圧電素子を製造した後に、所望の個数の圧電素子を並べるという煩雑な工程が必要となると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００１－００８２９０号公報
国際公報１７／０３００４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、超音波帯での性能に優れ、かつ容易に安価に製造できる超音波素子はいまだ知られていない。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、超音波帯で優れた圧電性能を示し、かつ容易に安価に製造できる超音波素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定のヤング率を示す圧電コンポジット材料を主層とするドーム形状の超音波素子を作製することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の態様を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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