特集「音響シミュレーション技術」
医用超音波トランスデューサ
2018 年 45 巻 1 号 p. 5-14
詳細
2018 年 45 巻 1 号 p. 5-14
電気機械結合係数が1に近い高結合係数圧電単結晶を用いる圧電トランスデューサを題材に，その挙動を，従来のPZT系セラミックを用いる場合と比較すべく，直観的モデル，1次元モデルを用いた解析解，有限要素法に基づく数値計算シミュレーションの3段階にて分析する．その結果，高い結合係数は，トランスデューサの高感度化は無論のこととして，広帯域化に生かされるべきであることが確かめられる．まず，圧電トランスデューサが電極を短絡すると柔らかく振る舞うことを直観的に説明する．この振る舞いは，トランスデューサの電気的インピーダンスの極小値を与える周波数（狭義の共振周波数）が，極大値を与える周波数（反共振周波数）に比べ，圧電効果により低下することと等価であるが，これが，1に近い高い電気機械結合係数が圧電トランスデューサの広帯域化を導く主因であることを説明する．
