特許ウォッチ

公開番号2025170756
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-19
出願番号2025071490
出願日2025-04-23
発明の名称超音波トランスデューサ、及び超音波センサ
出願人積水化学工業株式会社
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類H04R 17/00 20060101AFI20251112BHJP(電気通信技術)
要約【課題】受信面を大面積化しても超音波の指向角を広くできる超音波トランスデューサ、及び超音波センサを提供する。
【解決手段】超音波トランスデューサは、第1電極層(12A)と、圧電体層(11)と、第2電極層(12B)と、がこの順に積層された積層体(10)を備え、積層体(10)の面内に、共振周波数又は振幅或いは位相が異なる複数の振動領域(SV1、SV2)が設けられている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１つの電極を含む第１電極層と、
発泡樹脂で構成されているエレクトレットシートを含む圧電体層と、
少なくとも１つの電極を含む第２電極層と、がこの順に積層された積層体を備え、
前記積層体の面内に、共振周波数又は振幅、或いは位相が異なる複数の振動領域が設けられている、超音波トランスデューサ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記複数の振動領域は、前記積層体の面内において、弾性又は質量が異なる部位からなる、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項３】
前記積層体の一方の面に、前記積層体を支持する支持層を備え、
前記複数の振動領域は、前記積層体の一部の面と前記支持層とが固定されていない非固定部位、及び前記積層体の一部の面と前記支持層とが固定された固定部位とからなる、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項４】
前記第１電極層及び前記第２電極層の少なくともいずれかは、複数の電極を備え、
前記第１電極層と前記第２電極層とが対向して複数の電極ペアを形成しており、
前記複数の電極ペアには、それぞれ、異なる位相の電気信号が印加される、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項５】
前記複数の振動領域は、前記圧電体層において分極方向が互いに異なる部位からなる、請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項６】
前記複数の振動領域は、共振周波数又は振幅、或いは位相が互いに異なる２種類の振動領域からなる、請求項１～５の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項７】
前記複数の振動領域は、隣り合う振動領域の位相が２π／ｍ（ｍは２以上の整数）ずつ異なるｍ種類の振動領域からなる、請求項１～５の何れか１項に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項８】
前記積層体の一方の面に超音波を送受信する送受信面を有し、
前記送受信面から所定の距離だけ離れた仮想の点を注目点Ｏとして、当該注目点Ｏから前記送受信面までの距離ＤｎがＤ＋ｎ・λ／ｍ（Ｄは任意の固定された距離、ｎは１以上の整数、λは超音波の波長）となるように、前記送受信面に複数の仮想線Ｌｎを描いたとき、
仮想線Ｌｎと仮想線Ｌｎ＋１とに囲まれた領域を振動領域Ｒｎとすると、振動領域Ｒｎと振動領域Ｒｎ＋１とは、位相が互いに２π／ｍずつ異なるように設けられている、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項９】
前記積層体の一方の面に超音波を送受信する送受信面を有し、
前記送受信面から所定の距離だけ離れた仮想線を注目線Ｘとして、当該注目線Ｘから前記送受信面までの距離ＤｎがＤ＋ｎ・λ／ｍ（Ｄは任意の固定された距離、ｎは１以上の整数、λは超音波の波長）となるように、前記送受信面に複数の仮想線Ｙｎを描いたとき、
仮想線Ｙｎと仮想線Ｙｎ＋１とに囲まれた領域を振動領域Ｚｎとすると、振動領域Ｚｎと振動領域Ｚｎ＋１とは、位相が互いに２π／ｍずつ異なるように設けられている、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
【請求項１０】
ｍが４である、請求項７に記載の超音波トランスデューサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、超音波トランスデューサ、及び超音波センサに関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、可撓性を有する高分子材料で構成された圧電体を用いた超音波センサが開示されている。特許文献１の超音波センサは、基台と、この基台の表面に載置される圧電シートとを備える。さらに、特許文献１の超音波センサは、前記圧電シートが、圧電体と、前記圧電体の裏面側に積層される下電極と、少なくともその一部が前記下電極と対向するように前記圧電体の表面側に積層される上電極と、を有する。特許文献１の超音波センサでは、前記圧電シートが、平面視で前記上電極と対向する前記下電極の領域以外の領域で前記基台に固定されている。特許文献１の超音波センサでは、前記圧電体を構成する高分子材料として、例えばポリプロピレン（ＰＰ）で構成された発泡樹脂エレクレットが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－６７３７１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような、圧電体を構成する高分子材料として発泡樹脂エレクレットを用いた超音波センサでは、超音波センサの中心軸上において、超音波センサから遠方の音場強度は、超音波センサに印加した電圧×超音波センサの面積に比例する。このため、特許文献１の超音波センサは、超音波の送受信感度が低いため、超音波の送受信面を大面積化する必要がある。その一方で、特許文献１の超音波センサは、圧電体の厚み振動により超音波を送受信するため、大面積化しても超音波の指向性が狭く、超音波の検知ゾーンを広範囲にカバーすることができない。
【０００５】
本発明の一態様は、送受信面を大面積化しても超音波の指向角を広くできる超音波トランスデューサ、及び超音波センサを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の態様１に係る超音波トランスデューサは、少なくとも１つの電極を含む第１電極層と、発泡樹脂で構成されているエレクトレットシートを含む圧電体層と、少なくとも１つの電極を含む第２電極層と、がこの順に積層された積層体を備え、前記積層体の面内に、共振周波数又は振幅、或いは位相が異なる複数の振動領域が設けられている。
【０００７】
本発明の態様２に係る超音波トランスデューサは、態様１において、前記複数の振動領域は、前記積層体の面内において、弾性又は質量が異なる部位からなる。
【０００８】
本発明の態様３に係る超音波トランスデューサは、態様１において、前記積層体の一方の面に、前記積層体を支持する支持層を備え、前記複数の振動領域は、前記積層体の一部の面と前記支持層とが固定されていない非固定部位、及び前記積層体の一部の面と前記支持層とが固定された固定部位とからなる。
【０００９】
本発明の態様４に係る超音波トランスデューサは、態様１において、前記複数の振動領域は、前記圧電体層において分極方向が互いに異なる部位からなる。
【００１０】
本発明の態様４に係る超音波トランスデューサは、態様１において、前記第１電極層及び前記第２電極層の少なくともいずれかは、複数の電極を備え、前記第１電極層と前記第２電極層とが対向して複数の電極ペアを形成しており、前記複数の電極ペアには、それぞれ、異なる位相の電気信号が印加される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許