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WO2017018307A1 - 振動体アレイセンサ - Google Patents

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Publication number
WO2017018307A1
WO2017018307A1 PCT/JP2016/071348 JP2016071348W WO2017018307A1 WO 2017018307 A1 WO2017018307 A1 WO 2017018307A1 JP 2016071348 W JP2016071348 W JP 2016071348W WO 2017018307 A1 WO2017018307 A1 WO 2017018307A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric
internal electrode
electrode
main surface
type internal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2016/071348
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅史 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of WO2017018307A1 publication Critical patent/WO2017018307A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals

Definitions

  • the present invention relates to a vibrator array sensor that transmits or receives ultrasonic waves.
  • a vibrating body including a piezoelectric body and an acoustic matching layer is known.
  • the piezoelectric body is sandwiched between two electrodes, and the acoustic matching layer is joined to the piezoelectric body via one of the two electrodes.
  • This vibrating body can be used for both transmission and reception of ultrasonic waves.
  • this vibrating body When this vibrating body is used for transmitting ultrasonic waves, a voltage is applied to the piezoelectric body by two electrodes sandwiching the piezoelectric body, so that the piezoelectric body is deformed and longitudinal vibration is generated. This longitudinal vibration is transmitted to the acoustic matching layer through the electrodes, and ultrasonic waves are transmitted from the acoustic matching layer toward the space beyond.
  • the acoustic matching layer vibrates when the external ultrasonic waves reach the acoustic matching layer, and the vibration is transmitted from the acoustic matching layer to the piezoelectric body via the electrode.
  • the vibration is converted into a potential difference. This potential difference is extracted by the two electrodes, whereby a reception signal is obtained. These electrodes are drawn from the side surface of the piezoelectric body.
  • an array sensor in which a plurality of blocks of laminated piezoelectric elements are arranged close to each other can be considered in order to accurately detect the shape and position of an object.
  • an electrode cannot often be drawn from an arbitrary side surface.
  • each block of the laminated piezoelectric element has been required to draw out two electrodes from one side surface where the blocks do not face each other.
  • the electrode lead-out part is arranged on the different side in the width direction between the odd-numbered layer and the even-numbered layer on one end face, while the odd-numbered layer and the even-numbered layer are common to one end face.
  • an object of the present invention is to provide a vibrator array sensor that can suppress unnecessary vibration.
  • a vibrating body array sensor includes a support plate having a main surface and a plurality of piezoelectric layers stacked such that a direction perpendicular to the main surface is a stacking direction.
  • the piezoelectric multilayer body includes a plurality of internal electrodes that are planar conductors parallel to the main surface, and the plurality of internal electrodes face the one side surface.
  • Each of the poles is individually arranged at the interface between the piezoelectric layers so that the first type internal electrodes and the second type internal electrodes are alternately arranged along the stacking direction
  • the first side electrode electrically connects the top surface of the piezoelectric laminate and the first type internal electrode
  • the second side electrode comprises the bottom surface of the piezoelectric laminate and the second type internal electrode.
  • the electrode is electrically connected, the width of the internal electrode when viewed from the one side surface is W1, the depth is D1, the width obtained by subtracting the width of the notch from W1 is W, and
  • the length obtained by subtracting the depth of the notch from D1 is D
  • W / W1 ⁇ 0.26 and D / D1 ⁇ 0.91 0.26 ⁇ W / W1 ⁇ 0.48 and D / D1 ⁇ 0.87, 0.48 ⁇ W / W1 ⁇ 0.57 and D / D1 ⁇ 0.83 0.57 ⁇ W / W1 ⁇ 0.61 and D / D1 ⁇ 0.78, 0.61 ⁇ W / W1 ⁇ 0.65 and D / D1 ⁇ 0.70, 0.65 ⁇ W / W1 ⁇ 0.70 and D / D1 ⁇ 0.57, 0.70 ⁇ W / W1 ⁇ 0.74 and D / D1 ⁇ 0.43, 0.74 ⁇ W / W1 ⁇ 0.78 and D / D1 ⁇ 0.22
  • a vibrating body array sensor includes a support plate having a main surface and a plurality of piezoelectric layers stacked so that a direction perpendicular to the main surface is a stacking direction.
  • the piezoelectric laminate is a rectangular parallelepiped, and the piezoelectric laminate includes a first side electrode and a second side electrode that are electrically isolated from each other.
  • the piezoelectric laminate includes a plurality of internal electrodes that are planar conductors parallel to the main surface inside, and the plurality of internal electrodes face the one side surface.
  • a first type internal electrode having a first shape having a rectangular cutout at a first corner, and a rectangular cutout at a second corner facing the one side surface but different from the first corner.
  • a second type internal electrode having a second shape having Each of the internal electrodes is individually arranged at the interface between the piezoelectric layers so that the first type internal electrodes and the second type internal electrodes are alternately arranged along the stacking direction.
  • the first side electrode electrically connects the top surface of the piezoelectric laminate and the first type internal electrode, and the second side electrode comprises the bottom surface of the piezoelectric laminate and the second electrode.
  • a seed internal electrode is electrically connected, the width of the internal electrode when viewed from the one side is W1, the depth is D1, and the length obtained by subtracting the width of the notch from W1 is W.
  • the length obtained by subtracting the depth of the notch from D1 is D
  • W / W1 ⁇ 0.26 and D / D1 ⁇ 0.91 0.26 ⁇ W / W1 ⁇ 0.52 and D / D1 ⁇ 0.87, 0.52 ⁇ W / W1 ⁇ 0.61 and D / D1 ⁇ 0.83 0.61 ⁇ W / W1 ⁇ 0.65 and D / D1 ⁇ 0.78, 0.65 ⁇ W / W1 ⁇ 0.70 and D / D1 ⁇ 0.74, 0.70 ⁇ W / W1 ⁇ 0.74 and D / D1 ⁇ 0.70, 0.74 ⁇ W / W1 ⁇ 0.78 and D / D1 ⁇ 0.61 0.78 ⁇ W / W1 ⁇ 0.83 and D / D1 ⁇ 0.39
  • the vibrator array sensor includes a support plate having a main surface and a plurality of piezoelectric layers so that a direction perpendicular to the main surface is a stacking direction.
  • a first type internal electrode having a first shape having a rectangular cutout at a first corner facing the substrate, and a rectangular cutout at a second corner facing the one side surface but different from the first corner.
  • a second type internal electrode having a second shape having Each of the plurality of internal electrodes is individually arranged at the interface between the piezoelectric layers so that the first type internal electrode and the second type internal electrode are alternately arranged along the stacking direction.
  • the first side electrode electrically connects the uppermost surface of the piezoelectric laminate and the first type internal electrode, and the second side electrode connects the lowermost surface of the piezoelectric laminate and the above-described first electrode.
  • a second type internal electrode is electrically connected, and the width of the internal electrode when viewed from the one side is W1, the depth is D1, and the length of the notch is subtracted from W1.
  • W is set to D
  • the length obtained by subtracting the depth of the notch from D1 is set to D
  • the conditions are satisfied.
  • an acoustic matching layer is attached to a surface of the support plate opposite to the main surface so as to face the piezoelectric laminate with the support plate interposed therebetween.
  • FIG. 1 shows the vibrator array sensor 501 shown in FIG. 1 turned upside down.
  • the piezoelectric laminate 2 is attached to one surface of the support plate 1, and the acoustic matching layer 3 is attached to the other surface.
  • the piezoelectric laminate 2 and the acoustic matching layer 3 are both arranged in an array of two rows, and face each other with the support plate 1 interposed therebetween.
  • the vibrator array sensor 501 can transmit and receive ultrasonic waves, or both.
  • the vibrator array sensor 501 is an ultrasonic sensor and is used in a device for identifying a bill, that is, a device such as a banknote counter or an automated teller machine (ATM). It can be.
  • a device for identifying a bill that is, a device such as a banknote counter or an automated teller machine (ATM). It can be.
  • ATM automated teller machine
  • the piezoelectric laminate 2 and the acoustic matching layer 3 are arranged in an array, foreign matter such as a tape stuck on a banknote can be detected with high accuracy.
  • the lengths of the rows of the piezoelectric laminates 2 and the acoustic matching layers 3 arranged in an array are set to be longer than the short side of the bill.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the vibrator array sensor 501 in the present embodiment.
  • Support plate 1 has a main surface 1a.
  • the support plate 1 is made of stainless steel having high elasticity and light weight, for example.
  • the support plate 1 has a flat plate shape, for example.
  • the piezoelectric laminate 2 is disposed on the main surface 1a.
  • the piezoelectric laminate 2 is separated by a notch 9.
  • the acoustic matching layer 3 is separated by a notch 11.
  • the piezoelectric laminate 2 includes a plurality of piezoelectric layers 21, electrodes 17 that cover the uppermost surfaces of the plurality of piezoelectric layers 21, and electrodes 18 that cover the lowermost surfaces of the plurality of piezoelectric layers 21.
  • the piezoelectric layer 21 is made of, for example, a lead zirconate titanate ceramic.
  • the acoustic matching layer 3 is made of a low specific gravity material in which, for example, an epoxy resin is mixed with a
  • the first type internal electrode 5 or the second type internal electrode 6 is disposed between the piezoelectric layers 21.
  • the first type internal electrodes 5 and the second type internal electrodes 6 are alternately arranged.
  • the first type internal electrode 5 and the second type internal electrode 6 do not cover the entire interface between the piezoelectric layers 21.
  • the planar shapes of the first type internal electrode 5 and the second type internal electrode 6 will be described in detail later.
  • FIG. 4 shows the vibrating body array sensor 501 in the present embodiment as viewed from the piezoelectric laminate 2 side.
  • the piezoelectric laminate 2 for example, a structure as shown in FIG.
  • a plurality of piezoelectric layers 21 are stacked, and the internal electrodes 105 and 106 are arranged alternately.
  • the plurality of internal electrodes 105 are all connected to a common external electrode 115.
  • the plurality of internal electrodes 106 are all connected to a common external electrode 116.
  • each piezoelectric layer 21 is sandwiched between the internal electrode 105 and the internal electrode 106.
  • two side surfaces facing each other are required. However, if an external electrode is provided and an electrical connection is to be made there, as shown in FIGS.
  • the side surface that can be used that is, the side surface that is exposed to the extent that electrical connection can be made
  • FIG. 6 end faces of the first type internal electrode 5 and the second type internal electrode 6 are exposed on one side surface 10, but the first type internal electrode 5 and the second type internal electrode 6 at each interface are viewed in plan view.
  • the piezoelectric laminate 2 is rectangular (obviously including a square) in plan view, whereas the first type internal electrode 5 has a rectangular notch at the first corner 7 facing one side surface 10.
  • the first shape has 12.
  • the second type internal electrode 6 has a second shape having a rectangular notch 12 at a second corner 8 facing the one side surface 10 but different from the first corner 7.
  • FIG. 9 shows a side view when one piezoelectric laminate 2 is viewed from one side face 10. In FIG. 9, those attached to the opposite surface of the support plate 1 are not shown.
  • the width of the internal electrode is W1
  • the depth is D1
  • the width of the cutout 12 is subtracted from W1
  • the length is W.
  • D be the length obtained by subtracting the depth of D1 from D1.
  • the shapes of the first type internal electrode 5 and the second type internal electrode 6 on the surface of the piezoelectric layer 21 are expressed by W, W1, D, and D1.
  • W / W1 be a “W rate”.
  • D / D1 be the “D rate”. It is assumed that the first type internal electrode 5 and the second type internal electrode 6 are symmetrical.
  • the inventor verified how unnecessary vibration (spurious) occurs by simulation.
  • a simulation is performed to determine what impedance is obtained for each frequency. It was.
  • the internal electrode is disposed so as to cover the entire interface without any notch 12.
  • the shape of the internal electrode as in Sample 1 is not realistic, it was set and calculated as a reference for comparison.
  • the inventor uses the finite element method (FEM) to clarify the range of the W rate and D rate in which unnecessary vibration components are not generated for the vibrators arranged in an array.
  • FEM finite element method
  • Tables 1 to 3 are contents that should be displayed as a table of connections, but are divided into three for convenience of display space.
  • the vibrator array sensor 501 in the present embodiment includes a support plate 1 having a main surface 1a and a piezoelectric laminate 2.
  • the piezoelectric laminate 2 is formed by laminating a plurality of piezoelectric layers 21 so that the direction perpendicular to the main surface 1a is the lamination direction.
  • the piezoelectric laminate 2 is attached to the main surface 1a.
  • the piezoelectric laminate 2 is a rectangular parallelepiped.
  • the piezoelectric laminate 2 includes a first side surface electrode 15 and a second side surface electrode 16 that are electrically isolated from each other on one side surface 10.
  • the piezoelectric laminate 2 includes a plurality of internal electrodes that are planar conductors parallel to the main surface 1a.
  • the plurality of internal electrodes face the first type internal electrode 5 having the first shape having the rectangular notch 12 at the first corner 7 facing the one side face 10 and the first side face 10 but the first side face 10 faces the first side face 10.
  • a second type internal electrode 6 having a second shape having a rectangular notch 12 at a second corner 8 different from the corner 7 is included.
  • Each of the plurality of internal electrodes is individually disposed at the interface between the piezoelectric layers 21 so that the first type internal electrodes 5 and the second type internal electrodes 6 are alternately arranged along the stacking direction. Yes.
  • the first side electrode 15 electrically connects the uppermost surface of the piezoelectric laminate 2 and the first type internal electrode 5.
  • the second side surface electrode 16 electrically connects the lowermost surface of the piezoelectric laminate 2 and the second type internal electrode 6.
  • one piezoelectric laminate 2 includes five piezoelectric layers 21, but this is only an example.
  • the number of piezoelectric layers 21 included in one piezoelectric laminate 2 is not limited to this example, and may be three or more.
  • the number of piezoelectric layers 21 included in one piezoelectric laminate 2 may be an odd number or an even number.
  • Embodiment 2 A vibrator according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
  • the basic configuration of the vibrator array sensor in the present embodiment is the same as that of the vibrator array sensor 501 described in the first embodiment, and the conditional expressions relating to W, W1, D, and D1 are different as follows. .
  • the change in vibration amplitude on the top surface is ⁇ 3.0 dB or more. That is, it is possible not only to suppress unnecessary vibration components but also to suppress a decrease in vibration amplitude. This can be read from Tables 1 to 3.
  • FIG. 11 shows the boundary of whether or not ⁇ 3.0 dB or more and the approximate expression corresponding to this boundary, that is, the curve by the above polynomial, superimposed.
  • the basic configuration of the vibrator array sensor in the present embodiment is the same as that of the vibrator array sensor 501 described in the first embodiment, and the conditional expressions relating to W, W1, D, and D1 are different as follows. .
  • the change in vibration amplitude on the top surface is ⁇ 3.0 dB or more. That is, it is possible not only to suppress unnecessary vibration components but also to suppress a decrease in vibration amplitude.
  • the electrode 17 is provided on the uppermost surface of the piezoelectric laminate 2 and the electrode 18 is provided on the lowermost surface.
  • the support plate 1 being a conductor
  • the support plate 1 can serve as an alternative to the electrode 18, the lowermost electrode 18 may not be provided.
  • the acoustic matching layer 3 is provided on the surface opposite to the main surface 1a of the support plate 1 so as to face the piezoelectric laminate 2 with the support plate 1 interposed therebetween. It is preferable that it is attached. This is true in any of the above embodiments. Since the acoustic matching layer 3 is attached in this manner, good transmission or reception can be performed.
  • the notch 9 may be formed so that there is no such uncut portion. That is, the notch 9 may be formed so as to completely divide the laminate to the lower end.
  • the cut 9 in the piezoelectric laminate 2 has been described as an example, but the same applies to the cut 11 in the acoustic matching layer 3.
  • the notches 9 and 11 may be formed to the extent that the support plate 1 is reached on both sides of the support plate 1.
  • FIG. 12 an example in which there is no uncut portion on both surfaces of the support plate 1 is shown, but there is no uncut portion on only one of the upper and lower surfaces of the support plate 1, and the remaining surface is left uncut
  • the structure with a part may be sufficient.
  • FIG. 4 is shown as an example when the vibrator array sensor is viewed from the piezoelectric laminated body 2 side, in FIG. 4, the notches 9 are vertically and horizontally, and there are uncut portions in any part. Although shown, a configuration as shown in FIG. 13 may be used.
  • the cuts 9 include cuts 9a in the longitudinal direction of the array of piezoelectric laminates 2 and cuts 9b in a direction perpendicular to the cuts 9a. In the notch 9a, there is no uncut part and the support plate 1 is exposed. There is an uncut portion in the cut 9b.
  • FIG. 14 may be used.
  • the vibrator array sensor may be configured as shown in FIG.
  • a slit 13 is provided in the support plate 1 in a part of the cut 9.
  • the slit 13 may be formed in the support plate at the position of the slit 13 as a result of forming the cut 9 deeply.
  • FIG. 15 shows an example in which the slits 13 are formed in all the cuts extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the arrangement of the piezoelectric laminates 2.
  • every other slit 13 is formed as shown in FIG. It is good also as providing in incision. Instead of every other line, every other line or every other line may be used.
  • the piezoelectric laminate 2 is practically arranged in an array on the main surface 1a of the support plate 1. However, in practice, the piezoelectric laminate 2 may be arranged alone without being arranged in an array. A plurality of piezoelectric laminates 2 may be arranged on the main surface 1a of the support plate 1 in an arrangement other than the array.
  • the piezoelectric layer 21 is made of a lead zirconate titanate ceramic, but the material of the piezoelectric layer 21 is not limited to this.
  • it may be made of a lead-free piezoelectric ceramic piezoelectric material such as potassium sodium niobate or alkali niobate ceramic.
  • 1 support plate 1a main surface, 2 piezoelectric laminate, 3 acoustic matching layer, 5 type 1 internal electrode, 6 type 2 internal electrode, 7 first corner, 8 second corner, 9, 9a, 9b ( (Cut) of piezoelectric material, 10 one side, 11 (sound matching layer) cut, 12 notch, 13 slit, 15 first side electrode, 16 second side electrode, 17, 18 electrode, 21 piezoelectric layer, 31 First side electrode, 105, 106 internal electrode, 115, 116 external electrode, 501, 501i vibrator array sensor.

Landscapes

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Abstract

振動体アレイセンサは、支持板（１）と、複数の圧電体層（２１）が積層された圧電積層体（２）とを備え、圧電積層体（２）は、複数の内部電極を内部に備え、前記複数の内部電極は、第１の隅に長方形の切欠きを有する第１形状を有する第１種内部電極（１５）と、第２の隅に長方形の切欠きを有する第２形状を有する第２種内部電極（１６）とを含み、第１種内部電極（１５）と第２種内部電極（１６）とが交互に配列されるように、圧電体層（２１）同士の界面に個別に配置されており、内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、切欠きの幅をＷ１から引いた長さをＷとし、前記切欠きの奥行きをＤ１から引いた長さをＤとしたとき、Ｗ／Ｗ１≦０．２６かつＤ／Ｄ１≧０．９１であるか、０．２６＜Ｗ／Ｗ１≦０．４８かつＤ／Ｄ１≧０．８７であるか、などのいずれかの条件が満たされる。

Description

振動体アレイセンサ
　本発明は、超音波を送信または受信する振動体アレイセンサに関するものである。
　圧電体と音響整合層とを備える振動体が知られている。圧電体は２つの電極に挟み込まれており、音響整合層は、前記２つの電極のうち一方を介して圧電体に接合されている。この振動体は、超音波の送信と受信とのいずれにも使用することができる。
　この振動体を超音波の送信に用いる場合は、圧電体を挟み込む２つの電極によって圧電体に電圧が印加されることで、圧電体が変形し、縦振動が発生する。この縦振動が電極を介して音響整合層に伝わり、音響整合層からその先の空間に向けて超音波が送出される。
　この振動体を超音波の受信に用いる場合は、外部からの超音波が音響整合層に到達することで音響整合層が振動し、音響整合層から電極を介して圧電体へと振動が伝わり、圧電体において振動は電位差へと変換される。この電位差が２つの電極によって取り出されることによって、受信信号が得られる。これらの電極は、圧電体の側面から引き出される。
　圧電体の１つの側面から２つの電極を引き出す技術として、対象物の形状および位置を精度よく検知するために、積層圧電素子の複数のブロックが互いに近接して並べられたアレイセンサが考えられる。そのようなアレイセンサにおいては、任意の側面から電極が引出せないことが多い。その結果、積層圧電素子の各ブロックは、ブロックが対向していない１つの側面から２つの電極を引き出すことが求められていた。
　積層圧電素子において、奇数層、偶数層ともに共通する一方の端面に電極を引き出すこととしつつも、その一方の端面においては奇数層と偶数層とで幅方向に関して互いに異なる側に電極引出し部が配置された構造が、特開２００７－１０９７５４号公報（特許文献１）に記載されている。
特開２００７－１０９７５４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された技術を採用した場合、このような積層圧電素子の各ブロックにおいては、内部電極構造が対称ではないことに起因して、不要振動（スプリアス）が発生するという問題があった。
　そこで、本発明は、不要振動を抑制することができる振動体アレイセンサを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に基づく振動体アレイセンサは、主表面を有する支持板と、上記主表面に垂直な方向を積層方向とするように複数の圧電体層が積層され、上記主表面に取り付けられた圧電積層体とを備え、上記圧電積層体は、直方体であり、上記圧電積層体は、互いに電気的に隔離されている第１側面電極および第２側面電極を上記主表面に垂直な一方の側面に備え、上記圧電積層体は、上記主表面と平行な平面導体である複数の内部電極を内部に備え、上記複数の内部電極は、上記一方の側面に面する第１の隅に長方形の切欠きを有する第１形状を有する第１種内部電極と、上記一方の側面に面するが上記第１の隅とは異なる第２の隅に長方形の切欠きを有する第２形状を有する第２種内部電極とを含み、上記複数の内部電極の各々は、上記第１種内部電極と上記第２種内部電極とが上記積層方向に沿って交互に配列されるように、上記圧電体層同士の界面に個別に配置されており、上記第１側面電極は、上記圧電積層体の最上面と上記第１種内部電極とを電気的に接続しており、上記第２側面電極は、上記圧電積層体の最下面と上記第２種内部電極とを電気的に接続しており、上記一方の側面から見たときの上記内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、上記切欠きの幅をＷ１から引いた長さをＷとし、上記切欠きの奥行きをＤ１から引いた長さをＤとしたとき、
　Ｗ／Ｗ１≦０．２６かつＤ／Ｄ１≧０．９１であるか、
　０．２６＜Ｗ／Ｗ１≦０．４８かつＤ／Ｄ１≧０．８７であるか、
　０．４８＜Ｗ／Ｗ１≦０．５７かつＤ／Ｄ１≧０．８３であるか、
　０．５７＜Ｗ／Ｗ１≦０．６１かつＤ／Ｄ１≧０．７８であるか、
　０．６１＜Ｗ／Ｗ１≦０．６５かつＤ／Ｄ１≧０．７０であるか、
　０．６５＜Ｗ／Ｗ１≦０．７０かつＤ／Ｄ１≧０．５７であるか、
　０．７０＜Ｗ／Ｗ１≦０．７４かつＤ／Ｄ１≧０．４３であるか、
　０．７４＜Ｗ／Ｗ１≦０．７８かつＤ／Ｄ１≧０．２２であるか、
　０．７８＜Ｗ／Ｗ１≦０．８３かつＤ／Ｄ１≧０．３０であるか、
　０．８３＜Ｗ／Ｗ１≦０．８７かつＤ／Ｄ１≧０．２６であるか、
　０．８７＜Ｗ／Ｗ１であるか、
のいずれかの条件が満たされる。
　上記目的を達成するため、本発明の他の局面では、振動体アレイセンサは、主表面を有する支持板と、上記主表面に垂直な方向を積層方向とするように複数の圧電体層が積層され、上記主表面に取り付けられた圧電積層体とを備え、上記圧電積層体は、直方体であり、上記圧電積層体は、互いに電気的に隔離されている第１側面電極および第２側面電極を上記主表面に垂直な一方の側面に備え、上記圧電積層体は、上記主表面と平行な平面導体である複数の内部電極を内部に備え、上記複数の内部電極は、上記一方の側面に面する第１の隅に長方形の切欠きを有する第１形状を有する第１種内部電極と、上記一方の側面に面するが上記第１の隅とは異なる第２の隅に長方形の切欠きを有する第２形状を有する第２種内部電極とを含み、上記複数の内部電極の各々は、上記第１種内部電極と上記第２種内部電極とが上記積層方向に沿って交互に配列されるように、上記圧電体層同士の界面に個別に配置されており、上記第１側面電極は、上記圧電積層体の最上面と上記第１種内部電極とを電気的に接続しており、上記第２側面電極は、上記圧電積層体の最下面と上記第２種内部電極とを電気的に接続しており、上記一方の側面から見たときの上記内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、上記切欠きの幅をＷ１から引いた長さをＷとし、上記切欠きの奥行きをＤ１から引いた長さをＤとしたとき、
　Ｗ／Ｗ１≦０．２６かつＤ／Ｄ１≧０．９１であるか、
　０．２６＜Ｗ／Ｗ１≦０．５２かつＤ／Ｄ１≧０．８７であるか、
　０．５２＜Ｗ／Ｗ１≦０．６１かつＤ／Ｄ１≧０．８３であるか、
　０．６１＜Ｗ／Ｗ１≦０．６５かつＤ／Ｄ１≧０．７８であるか、
　０．６５＜Ｗ／Ｗ１≦０．７０かつＤ／Ｄ１≧０．７４であるか、
　０．７０＜Ｗ／Ｗ１≦０．７４かつＤ／Ｄ１≧０．７０であるか、
　０．７４＜Ｗ／Ｗ１≦０．７８かつＤ／Ｄ１≧０．６１であるか、
　０．７８＜Ｗ／Ｗ１≦０．８３かつＤ／Ｄ１≧０．３９であるか、
　０．８３＜Ｗ／Ｗ１≦０．８７かつＤ／Ｄ１≧０．２６であるか、
　０．８７＜Ｗ／Ｗ１であるか、
のいずれかの条件が満たされる。
　上記目的を達成するため、本発明のさらに他の局面では、振動体アレイセンサは、主表面を有する支持板と、上記主表面に垂直な方向を積層方向とするように複数の圧電体層が積層され、上記主表面に取り付けられた圧電積層体とを備え、上記圧電積層体は、直方体であり、上記圧電積層体は、互いに電気的に隔離されている第１側面電極および第２側面電極を上記主表面に垂直な一方の側面に備え、上記圧電積層体は、上記主表面と平行な平面導体である複数の内部電極を内部に備え、上記複数の内部電極は、上記一方の側面に面する第１の隅に長方形の切欠きを有する第１形状を有する第１種内部電極と、上記一方の側面に面するが上記第１の隅とは異なる第２の隅に長方形の切欠きを有する第２形状を有する第２種内部電極とを含み、上記複数の内部電極の各々は、上記第１種内部電極と上記第２種内部電極とが上記積層方向に沿って交互に配列されるように、上記圧電体層同士の界面に個別に配置されており、上記第１側面電極は、上記圧電積層体の最上面と上記第１種内部電極とを電気的に接続しており、上記第２側面電極は、上記圧電積層体の最下面と上記第２種内部電極とを電気的に接続しており、上記一方の側面から見たときの上記内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、上記切欠きの幅をＷ１から引いた長さをＷとし、上記切欠きの奥行きをＤ１から引いた長さをＤとしたとき、
　Ｄ／Ｄ１×１００≧－３×１０-7×（Ｗ／Ｗ１×１００）5＋７×１０-5×（Ｗ／Ｗ１×１００）4－０．００５１×（Ｗ／Ｗ１×１００）3＋０．１７２８×（Ｗ／Ｗ１×１００）2－２．６７３×（Ｗ／Ｗ１×１００）＋１０１．７４
の条件が満たされる。
　上記発明において好ましくは、上記支持板を挟んで上記圧電積層体と対向するように、上記支持板の上記主表面とは反対側の面に音響整合層が取り付けられている。
　本発明によれば、不要振動成分を抑制することができる振動体アレイセンサを提供することができる。
本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサを第１の向きから見た斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサを第２の向きから見た斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサの断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサを圧電積層体の側から見た平面図である。 圧電積層体として考えられる構造の断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサの部分拡大斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサに含まれる第１種内部電極の形状の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサに含まれる第２種内部電極の形状の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサに含まれる圧電積層体の側面図である。 試料１，２によるシミュレーション結果を示すグラフである。 表１～表３に示したシミュレーション結果から得られる境界線および近似曲線を示すグラフである。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサの第１の変形例の断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサの第２の変形例を圧電積層体の側から見た平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサの第３の変形例を圧電積層体の側から見た平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサの第４の変形例を圧電積層体の側から見た平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサの第５の変形例を圧電積層体の側から見た平面図である。
　図面において示す寸法比は、必ずしも忠実に現実のとおりを表しているとは限らず、説明の便宜のために寸法比を誇張して示している場合がある。
　以下の説明において、上または下の概念に言及する際には、絶対的な上または下を意味するものではなく、図示された姿勢の中での相対的な上または下を意味するものである。
　（実施の形態１）
　図１～図１０を参照して、本発明に基づく実施の形態１における振動体アレイセンサについて説明する。本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１を図１に示す。図１に示した振動体アレイセンサ５０１を裏返したところを図２に示す。支持板１の一方の面に圧電積層体２が取り付けられ、他方の面に音響整合層３が取り付けられている。圧電積層体２と音響整合層３とは、いずれも２列のアレイ状に配列され、支持板１を挟んで互いに対向している。振動体アレイセンサ５０１は、超音波の送信、受信またはその両方が可能なものである。振動体アレイセンサ５０１は、超音波センサであって、紙幣を識別する装置、すなわちたとえば紙幣計数機（banknote　counter）や現金自動預け払い機（automated　teller　machine：ＡＴＭ）などのような装置で使用されうるものである。特に、圧電積層体２および音響整合層３がそれぞれアレイ状に配列されているので、紙幣に貼られたテープなどの異物を精度良く検知することができる。アレイ状に配列された圧電積層体２および音響整合層３の列の長さは、紙幣の短辺よりも長くなるように設けられている。
　本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１の断面図を図３に示す。支持板１は主表面１ａを有する。支持板１は、たとえば、高い弾性を有しかつ軽量なステンレスからなる。支持板１は、たとえば平板状である。圧電積層体２は主表面１ａに配置されている。圧電積層体２は切込み９によって隔てられている。音響整合層３は切込み１１によって隔てられている。圧電積層体２は、複数の圧電体層２１と、複数の圧電体層２１の最上面を覆う電極１７と、複数の圧電体層２１の最下面を覆う電極１８とを含む。圧電体層２１は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。音響整合層３は、たとえばエポキシ樹脂にガラスバルーンを混合させた低比重材料からなる。
　圧電体層２１同士の間には、第１種内部電極５または第２種内部電極６が配置されている。第１種内部電極５と第２種内部電極６とは交互に配置されている。第１種内部電極５および第２種内部電極６は、圧電体層２１同士の界面の全域を覆っているわけではない。第１種内部電極５および第２種内部電極６の平面形状について詳しくは、後述する。本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１を、圧電積層体２の側から見たところを図４に示す。
　圧電積層体２としては、たとえば図５に示すような構造が考えられる。ここでは複数の圧電体層２１を積層し、内部電極１０５，１０６が交互に並ぶように配置される。複数の内部電極１０５はいずれも共通する外部電極１１５に接続されている。複数の内部電極１０６はいずれも共通する外部電極１１６に接続されている。このような構造にすることで、各圧電体層２１は、内部電極１０５と内部電極１０６とで挟まれることとなる。図５に示したような構造で外部電極１１５，１１６を設けるためには、互いに対向する２つの側面が必要となる。しかし、外部電極を設けてそこに電気的接続をしようとすれば、図１および図２に示されるように、使える側面すなわち電気的接続をすることができる程度に大きく露出している側面は、１つの圧電積層体２につき１つしかない。そこで、図５に示したような構造を実質的に実現するためには、図６に示すように１つの側面に２つの外部電極を並べて配置することが考えられる。本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１では、図６に示すような構造が採用されている。図６では、主表面１ａに垂直な一方の側面１０に第１側面電極１５と第２側面電極１６とが配置されている。図６では、支持板１の反対側の面に取り付けられているものについては図示省略している。
　図６では、一方の側面１０に第１種内部電極５および第２種内部電極６の端面が露出しているが、各界面における第１種内部電極５および第２種内部電極６を平面視して示すと図７および図８のようになる。圧電積層体２が平面視して長方形（当然、正方形を含む。）であるのに対して、第１種内部電極５は、一方の側面１０に面する第１の隅７に長方形の切欠き１２を有する第１形状を有する。第２種内部電極６は、一方の側面１０に面するが第１の隅７とは異なる第２の隅８に長方形の切欠き１２を有する第２形状を有する。１つの圧電積層体２を一方の側面１０から見たときの側面図を図９に示す。図９においては、支持板１の反対側の面に取り付けられているものについては図示省略している。
　図７および図８に示すように、一方の側面１０から見たときの内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、切欠き１２の幅をＷ１から引いた長さをＷとし、切欠き１２の奥行きをＤ１から引いた長さをＤとする。圧電体層２１の表面における第１種内部電極５および第２種内部電極６の形状をＷ，Ｗ１，Ｄ，Ｄ１で表現する。Ｗ／Ｗ１を「Ｗ率」というものとする。Ｄ／Ｄ１を「Ｄ率」というものとする。第１種内部電極５と第２種内部電極６とは対称であるものとする。
　発明者は、シミュレーションにより不要振動（スプリアス）がどのように発生するかを検証した。試料１として、Ｗ率が１００％、Ｄ率が１００％である形状の内部電極が含まれている圧電積層体２を想定し、各周波数に対してどのようなインピーダンスが得られるかシミュレーションを行なった。試料１では、Ｗ率とＤ率とが両方とも１００％であるので、切欠き１２が全くなく界面の全面を覆うように内部電極が配置されていることになる。試料１のような内部電極の形状は現実的ではないが、比較の基準として設定し、計算した。
　次に、試料２として、Ｗ率が６５％、Ｄ率が６５％である形状の内部電極が含まれている圧電積層体２を想定し、同様にシミュレーションを行なった。試料１，２についてそれぞれ得られた結果を図１０に示す。試料１，２ともメイン振動成分Ｍが３００ｋＨｚ付近に見られる。試料２では、この他に不要振動成分Ｓの特徴的な波形が３２０ｋＨｚ付近に見られる。
　図１０に示される結果からは、内部電極の比率が小さい場合に、メイン振動成分の近傍に不要振動（スプリアス）成分が生じることがわかった。
　さらに、発明者は、アレイ状に配列された振動体について不要振動成分が発生しないＷ率およびＤ率の範囲を明確にするために有限要素法（ＦＥＭ）により、Ｗ率およびＤ率のさまざまな組合せに対して不要振動成分の発生の有無を調べた。不要振動成分が発生しなかった組合せにおいてはさらに、圧電積層体２の最上面で生じる振動振幅の変化を調べた。
　その結果を表１～表３に示す。表１～表３は本来ひとつながりの表として表示すべき内容であるが、表示スペースの都合で３つに分割している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１～表３において「＊」が記載されている組合せは、不要振動成分が発生したことを意味する。「＊」ではなく数値が記載されている組合せは、不要振動成分が発生しなかったことを意味する。この数値は、Ｗ率が１００％でＤ率が１００％のときの最上面における振動振幅値を基準とし、その値から振動振幅値がどれだけ低下したかを単位ｄＢで示している。
　表１～表３の結果を考慮すれば、不要振動成分を発生させないＷ率およびＤ率の組合せがどのようなものなのかが明らかになる。ここから本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１としての条件を整理すると以下のように表現することができる。
　本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１は、主表面１ａを有する支持板１と、圧電積層体２とを備える。圧電積層体２は、主表面１ａに垂直な方向を積層方向とするように複数の圧電体層２１が積層されたものである。圧電積層体２は、主表面１ａに取り付けられている。圧電積層体２は、直方体である。圧電積層体２は、互いに電気的に隔離されている第１側面電極１５および第２側面電極１６を一方の側面１０に備える。圧電積層体２は、主表面１ａと平行な平面導体である複数の内部電極を内部に備える。複数の内部電極は、一方の側面１０に面する第１の隅７に長方形の切欠き１２を有する第１形状を有する第１種内部電極５と、一方の側面１０に面するが第１の隅７とは異なる第２の隅８に長方形の切欠き１２を有する第２形状を有する第２種内部電極６とを含む。複数の内部電極の各々は、第１種内部電極５と第２種内部電極６とが前記積層方向に沿って交互に配列されるように、圧電体層２１同士の界面に個別に配置されている。第１側面電極１５は、圧電積層体２の最上面と第１種内部電極５とを電気的に接続している。第２側面電極１６は、圧電積層体２の最下面と第２種内部電極６とを電気的に接続している。
　本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１においては、
　Ｗ／Ｗ１≦０．２６かつＤ／Ｄ１≧０．９１であるか、
　０．２６＜Ｗ／Ｗ１≦０．４８かつＤ／Ｄ１≧０．８７であるか、
　０．４８＜Ｗ／Ｗ１≦０．５７かつＤ／Ｄ１≧０．８３であるか、
　０．５７＜Ｗ／Ｗ１≦０．６１かつＤ／Ｄ１≧０．７８であるか、
　０．６１＜Ｗ／Ｗ１≦０．６５かつＤ／Ｄ１≧０．７０であるか、
　０．６５＜Ｗ／Ｗ１≦０．７０かつＤ／Ｄ１≧０．５７であるか、
　０．７０＜Ｗ／Ｗ１≦０．７４かつＤ／Ｄ１≧０．４３であるか、
　０．７４＜Ｗ／Ｗ１≦０．７８かつＤ／Ｄ１≧０．２２であるか、
　０．７８＜Ｗ／Ｗ１≦０．８３かつＤ／Ｄ１≧０．３０であるか、
　０．８３＜Ｗ／Ｗ１≦０．８７かつＤ／Ｄ１≧０．２６であるか、
　０．８７＜Ｗ／Ｗ１であるか、のいずれかの条件が満たされる。
　本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１では、不要振動成分を抑制することができる。このことは、表１～表３から読み取れる。
　なお、本実施の形態では、１つの圧電積層体２に５層の圧電体層２１が含まれるものとして説明したが、これはあくまで一例である。１つの圧電積層体２に含まれる圧電体層２１の数は、この例に限られず、３層以上であればよい。１つの圧電積層体２に含まれる圧電体層２１の数は奇数でも偶数でもよい。
　（実施の形態２）
　本発明に基づく実施の形態２における振動体について説明する。
　本実施の形態における振動体アレイセンサは、基本的な構成は、実施の形態１で説明した振動体アレイセンサ５０１と同じであり、Ｗ，Ｗ１，Ｄ，Ｄ１に関する条件式が以下のように異なる。
　本実施の形態における振動体アレイセンサにおいては、
　Ｗ／Ｗ１≦０．２６かつＤ／Ｄ１≧０．９１であるか、
　０．２６＜Ｗ／Ｗ１≦０．５２かつＤ／Ｄ１≧０．８７であるか、
　０．５２＜Ｗ／Ｗ１≦０．６１かつＤ／Ｄ１≧０．８３であるか、
　０．６１＜Ｗ／Ｗ１≦０．６５かつＤ／Ｄ１≧０．７８であるか、
　０．６５＜Ｗ／Ｗ１≦０．７０かつＤ／Ｄ１≧０．７４であるか、
　０．７０＜Ｗ／Ｗ１≦０．７４かつＤ／Ｄ１≧０．７０であるか、
　０．７４＜Ｗ／Ｗ１≦０．７８かつＤ／Ｄ１≧０．６１であるか、
　０．７８＜Ｗ／Ｗ１≦０．８３かつＤ／Ｄ１≧０．３９であるか、
　０．８３＜Ｗ／Ｗ１≦０．８７かつＤ／Ｄ１≧０．２６であるか、
　０．８７＜Ｗ／Ｗ１であるか、
のいずれかの条件が満たされる。
　本実施の形態における振動体では、最上面における振動振幅の変化が－３．０ｄＢ以上となっている。すなわち、不要振動成分を抑制するだけでなく、振動振幅の減少を抑えることができる。このことは、表１～表３から読み取れる。
　（実施の形態３）
　本発明に基づく実施の形態３における振動体アレイセンサについて説明する。
　表１～表３に示したシミュレーション結果のうち、最上面における振動振幅の変化が－３．０ｄＢ以上となる組合せとそうでない組合せとの境目を多項式による近似式で示すと、
　Ｄ／Ｄ１×１００＝－３×１０-7×（Ｗ／Ｗ１×１００）5＋７×１０-5×（Ｗ／Ｗ１×１００）4－０．００５１×（Ｗ／Ｗ１×１００）3＋０．１７２８×（Ｗ／Ｗ１×１００）2－２．６７３×（Ｗ／Ｗ１×１００）＋１０１．７４
である。
　－３．０ｄＢ以上となるか否かの境界と、これに対する近似式すなわち上記多項式による曲線とを重ねて図１１に示す。
　本実施の形態における振動体アレイセンサは、基本的な構成は、実施の形態１で説明した振動体アレイセンサ５０１と同じであり、Ｗ，Ｗ１，Ｄ，Ｄ１に関する条件式が以下のように異なる。
　本実施の形態における振動体アレイセンサ５０１においては、
　Ｄ／Ｄ１×１００≧－３×１０-7×（Ｗ／Ｗ１×１００）5＋７×１０-5×（Ｗ／Ｗ１×１００）4－０．００５１×（Ｗ／Ｗ１×１００）3＋０．１７２８×（Ｗ／Ｗ１×１００）2－２．６７３×（Ｗ／Ｗ１×１００）＋１０１．７４
の条件が満たされる。
　本実施の形態における振動体では、最上面における振動振幅の変化が－３．０ｄＢ以上となっている。すなわち、不要振動成分を抑制するだけでなく、振動振幅の減少を抑えることができる。
　なお、上記各実施の形態では、圧電積層体２の最上面に電極１７、最下面に電極１８が設けられているものとして説明してきたが、支持板１が導電体であるなどの事情により、支持板１によって電極１８の代わりの役割を果たすことができる場合は、最下面の電極１８はなくてもよい。
　なお、振動体としては、図３に示したように、支持板１を挟んで圧電積層体２と対向するように、支持板１の主表面１ａとは反対側の面に音響整合層３が取り付けられていることが好ましい。これは、上記実施の形態のいずれにおいてもあてはまることである。このように音響整合層３が取り付けられていることにより、良好な送信または受信を行なうことができる。
　なお、振動体アレイセンサとしては、図３に示したように、支持板１の近傍において切断されずに残っている層があってもよい。図３に示した例では、圧電積層体２として形成された積層体の大部分の層は切込み９によって分断されているが、支持板１の近傍の一部の層は分断されずに残っている。このような切残し部が存在してもよい。一方、このような切残し部が存在しないように切込み９を形成してもよい。すなわち、積層体を下端まで完全に分断するように切込み９を形成してもよい。ここでは、圧電積層体２における切込み９を例に説明したが、音響整合層３における切込み１１に関しても同様である。たとえば図１２に示す振動体アレイセンサ５０１ｉのように、支持板１の両面において支持板１に達する程度にまで切込み９，１１が形成されていてもよい。図１２に示した例では、支持板１の両面において切残し部がない例を示したが、支持板１の上下いずれか一方の面のみにおいて切残し部がなく、他方の面には切残し部がある構成であってもよい。
　振動体アレイセンサを圧電積層体２の側から見たときの例として図４を示したが、図４では、切込み９が縦横に入っており、いずれの部分においても切残し部がある構成として示していたが、図１３に示すような構成であってもよい。図１３に示した例では、切込み９は、圧電積層体２の配列の長手方向の切込み９ａと、これに垂直な方向の切込み９ｂとを含む。切込み９ａにおいては、切残し部がなく支持板１が露出している。切込み９ｂにおいては切残し部が存在する。
　あるいは、図１４に示すような構成であってもよい。図１４に示した例では、圧電積層体２の配列の長手方向の切込み９ａにおいては切残し部があり、長手方向に垂直な方向の切込み９ｂにおいては切残し部がない。
　なお、振動体アレイセンサとしては、図１５に示すような構成であってもよい。図１５に示した例では、切込み９の一部において支持板１にスリット１３が設けられている。この場合、スリット１３の箇所においては、切込み９が深く形成された結果支持板にスリット１３が形成された状態であってよい。図１５では、圧電積層体２の配列の長手方向に垂直な方向に延在する切込みの全てにおいてスリット１３が形成されている例を示したが、スリット１３は図１６に示すように１本おきの切込みに設けることとしてもよい。１本おきとする代わりに、２本おき、３本おきなどであってもよい。
　なお、ここまで、圧電積層体２が２列のアレイ状に配列されていることを前提に説明してきたが、２列に限らず１列であってもよい。また、一方の側面から電極の取り出しができるような配列であれば２列以外の配列であってもよい。圧電積層体２は支持板１の主表面１ａにアレイ状の配列とすることが現実的であるが、実際には、アレイ状に配列することなく単独で配置してもよい。また、複数の圧電積層体２を支持板１の主表面１ａにアレイ以外の配列で配置してもよい。
　なお、上述の実施の形態では、圧電体層２１はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるものとしているが、圧電体層２１の材料はこれに限るものではない。たとえば、ニオブ酸カリウムナトリウム系、アルカリニオブ酸系セラミックスなどの非鉛系圧電セラミックスの圧電材料などからなるものであってもよい。
　なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
　１　支持板、１ａ　主表面、２　圧電積層体、３　音響整合層、５　第１種内部電極、６　第２種内部電極、７　第１の隅、８　第２の隅、９，９ａ，９ｂ　（圧電体の）切込み、１０　一方の側面、１１　（音響整合層の）切込み、１２　切欠き、１３　スリット、１５　第１側面電極、１６　第２側面電極、１７，１８　電極、２１　圧電体層、３１　第１側面電極、１０５，１０６　内部電極、１１５，１１６　外部電極、５０１，５０１ｉ　振動体アレイセンサ。

Claims (4)

  1. 　主表面を有する支持板と、
    　前記主表面に垂直な方向を積層方向とするように複数の圧電体層が積層され、前記主表面に取り付けられた圧電積層体とを備え、
    　前記圧電積層体は、直方体であり、前記圧電積層体は、互いに電気的に隔離されている第１側面電極および第２側面電極を前記主表面に垂直な一方の側面に備え、
    　前記圧電積層体は、前記主表面と平行な平面導体である複数の内部電極を内部に備え、
    　前記複数の内部電極は、前記一方の側面に面する第１の隅に長方形の切欠きを有する第１形状を有する第１種内部電極と、前記一方の側面に面するが前記第１の隅とは異なる第２の隅に長方形の切欠きを有する第２形状を有する第２種内部電極とを含み、
    　前記複数の内部電極の各々は、前記第１種内部電極と前記第２種内部電極とが前記積層方向に沿って交互に配列されるように、前記圧電体層同士の界面に個別に配置されており、
    　前記第１側面電極は、前記圧電積層体の最上面と前記第１種内部電極とを電気的に接続しており、前記第２側面電極は、前記圧電積層体の最下面と前記第２種内部電極とを電気的に接続しており、
    　前記一方の側面から見たときの前記内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、前記切欠きの幅をＷ１から引いた長さをＷとし、前記切欠きの奥行きをＤ１から引いた長さをＤとしたとき、
    　Ｗ／Ｗ１≦０．２６かつＤ／Ｄ１≧０．９１であるか、
    　０．２６＜Ｗ／Ｗ１≦０．４８かつＤ／Ｄ１≧０．８７であるか、
    　０．４８＜Ｗ／Ｗ１≦０．５７かつＤ／Ｄ１≧０．８３であるか、
    　０．５７＜Ｗ／Ｗ１≦０．６１かつＤ／Ｄ１≧０．７８であるか、
    　０．６１＜Ｗ／Ｗ１≦０．６５かつＤ／Ｄ１≧０．７０であるか、
    　０．６５＜Ｗ／Ｗ１≦０．７０かつＤ／Ｄ１≧０．５７であるか、
    　０．７０＜Ｗ／Ｗ１≦０．７４かつＤ／Ｄ１≧０．４３であるか、
    　０．７４＜Ｗ／Ｗ１≦０．７８かつＤ／Ｄ１≧０．２２であるか、
    　０．７８＜Ｗ／Ｗ１≦０．８３かつＤ／Ｄ１≧０．３０であるか、
    　０．８３＜Ｗ／Ｗ１≦０．８７かつＤ／Ｄ１≧０．２６であるか、
    　０．８７＜Ｗ／Ｗ１であるか、
    のいずれかの条件が満たされる、振動体アレイセンサ。
  2. 　主表面を有する支持板と、
    　前記主表面に垂直な方向を積層方向とするように複数の圧電体層が積層され、前記主表面に取り付けられた圧電積層体とを備え、
    　前記圧電積層体は、直方体であり、前記圧電積層体は、互いに電気的に隔離されている第１側面電極および第２側面電極を前記主表面に垂直な一方の側面に備え、
    　前記圧電積層体は、前記主表面と平行な平面導体である複数の内部電極を内部に備え、
    　前記複数の内部電極は、前記一方の側面に面する第１の隅に長方形の切欠きを有する第１形状を有する第１種内部電極と、前記一方の側面に面するが前記第１の隅とは異なる第２の隅に長方形の切欠きを有する第２形状を有する第２種内部電極とを含み、
    　前記複数の内部電極の各々は、前記第１種内部電極と前記第２種内部電極とが前記積層方向に沿って交互に配列されるように、前記圧電体層同士の界面に個別に配置されており、
    　前記第１側面電極は、前記圧電積層体の最上面と前記第１種内部電極とを電気的に接続しており、前記第２側面電極は、前記圧電積層体の最下面と前記第２種内部電極とを電気的に接続しており、
    　前記一方の側面から見たときの前記内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、前記切欠きの幅をＷ１から引いた長さをＷとし、前記切欠きの奥行きをＤ１から引いた長さをＤとしたとき、
    　Ｗ／Ｗ１≦０．２６かつＤ／Ｄ１≧０．９１であるか、
    　０．２６＜Ｗ／Ｗ１≦０．５２かつＤ／Ｄ１≧０．８７であるか、
    　０．５２＜Ｗ／Ｗ１≦０．６１かつＤ／Ｄ１≧０．８３であるか、
    　０．６１＜Ｗ／Ｗ１≦０．６５かつＤ／Ｄ１≧０．７８であるか、
    　０．６５＜Ｗ／Ｗ１≦０．７０かつＤ／Ｄ１≧０．７４であるか、
    　０．７０＜Ｗ／Ｗ１≦０．７４かつＤ／Ｄ１≧０．７０であるか、
    　０．７４＜Ｗ／Ｗ１≦０．７８かつＤ／Ｄ１≧０．６１であるか、
    　０．７８＜Ｗ／Ｗ１≦０．８３かつＤ／Ｄ１≧０．３９であるか、
    　０．８３＜Ｗ／Ｗ１≦０．８７かつＤ／Ｄ１≧０．２６であるか、
    　０．８７＜Ｗ／Ｗ１であるか、
    のいずれかの条件が満たされる、振動体アレイセンサ。
  3. 　主表面を有する支持板と、
    　前記主表面に垂直な方向を積層方向とするように複数の圧電体層が積層され、前記主表面に取り付けられた圧電積層体とを備え、
    　前記圧電積層体は、直方体であり、前記圧電積層体は、互いに電気的に隔離されている第１側面電極および第２側面電極を前記主表面に垂直な一方の側面に備え、
    　前記圧電積層体は、前記主表面と平行な平面導体である複数の内部電極を内部に備え、
    　前記複数の内部電極は、前記一方の側面に面する第１の隅に長方形の切欠きを有する第１形状を有する第１種内部電極と、前記一方の側面に面するが前記第１の隅とは異なる第２の隅に長方形の切欠きを有する第２形状を有する第２種内部電極とを含み、
    　前記複数の内部電極の各々は、前記第１種内部電極と前記第２種内部電極とが前記積層方向に沿って交互に配列されるように、前記圧電体層同士の界面に個別に配置されており、
    　前記第１側面電極は、前記圧電積層体の最上面と前記第１種内部電極とを電気的に接続しており、前記第２側面電極は、前記圧電積層体の最下面と前記第２種内部電極とを電気的に接続しており、
    　前記一方の側面から見たときの前記内部電極の幅をＷ１、奥行きをＤ１とし、前記切欠きの幅をＷ１から引いた長さをＷとし、前記切欠きの奥行きをＤ１から引いた長さをＤとしたとき、
    　Ｄ／Ｄ１×１００≧－３×１０-7×（Ｗ／Ｗ１×１００）5＋７×１０-5×（Ｗ／Ｗ１×１００）4－０．００５１×（Ｗ／Ｗ１×１００）3＋０．１７２８×（Ｗ／Ｗ１×１００）2－２．６７３×（Ｗ／Ｗ１×１００）＋１０１．７４
    の条件が満たされる、振動体アレイセンサ。
  4. 　前記支持板を挟んで前記圧電積層体と対向するように、前記支持板の前記主表面とは反対側の面に音響整合層が取り付けられている、請求項１から３のいずれかに記載の振動体アレイセンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000117971A (ja) * 1998-10-13 2000-04-25 Ricoh Co Ltd 積層圧電型駆動体及びその製造方法並びにインクジェットヘッド
JP2004140762A (ja) * 2002-10-21 2004-05-13 Ueda Japan Radio Co Ltd 二次元アレイ超音波探触子の製造方法
JP2014068142A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Teijin Ltd 圧電スピーカー

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