JPH074575B2 - 捩り型振動子用圧電セラミック素子 - Google Patents
捩り型振動子用圧電セラミック素子Info
- Publication number
- JPH074575B2 JPH074575B2 JP63326021A JP32602188A JPH074575B2 JP H074575 B2 JPH074575 B2 JP H074575B2 JP 63326021 A JP63326021 A JP 63326021A JP 32602188 A JP32602188 A JP 32602188A JP H074575 B2 JPH074575 B2 JP H074575B2
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- JP
- Japan
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- divided
- electrode
- electrodes
- polarization
- piezoelectric ceramic
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波モータ、超音波加工機、あるいはメカ
ニカルフィルター等において、捩り振動モードを発生さ
せて使用する複合振動子の捩りモードの発生源である圧
電振動素子に関する。
ニカルフィルター等において、捩り振動モードを発生さ
せて使用する複合振動子の捩りモードの発生源である圧
電振動素子に関する。
［従来の技術］ 従来、この種の用途の圧電振動素子は、圧電セラミック
スの有する厚みすべり振動モードを連結する剛体の捩り
モードに変更するように、構成するものであり、駆動電
界の方向と分極軸とは直交しているものである。
スの有する厚みすべり振動モードを連結する剛体の捩り
モードに変更するように、構成するものであり、駆動電
界の方向と分極軸とは直交しているものである。
第７図（ａ），（ｂ）は捩り型圧電振動子の駆動源とし
て、理想的な圧電セラミック素子の構成を示す図で、圧
電セラミックス51,51′の中心軸の周囲を同心円状に矢
印52,52′で示されるような分極軸が通るものである。
しかしながら、第７図に示されるような構成は圧電セラ
ミックスにおいて、分極処理上不可能であり、第７図の
構成に近似的になるような振動子がいくつか提案されて
いる。
て、理想的な圧電セラミック素子の構成を示す図で、圧
電セラミックス51,51′の中心軸の周囲を同心円状に矢
印52,52′で示されるような分極軸が通るものである。
しかしながら、第７図に示されるような構成は圧電セラ
ミックスにおいて、分極処理上不可能であり、第７図の
構成に近似的になるような振動子がいくつか提案されて
いる。
第８図及び第９図は第７図の圧電振動素子に近似した圧
電振動素子を示す斜視図である。第８図（ａ）及び
（ｂ）で示される分割方式で実現された圧電捩り型振動
子は、一つの円板61もしくは、リング61′が何個かの分
割された素片からなり夫々の矢印で示される分極軸62,
及び62′を結ぶと近似的な第７図に示す構造と夫々なる
ものである。
電振動素子を示す斜視図である。第８図（ａ）及び
（ｂ）で示される分割方式で実現された圧電捩り型振動
子は、一つの円板61もしくは、リング61′が何個かの分
割された素片からなり夫々の矢印で示される分極軸62,
及び62′を結ぶと近似的な第７図に示す構造と夫々なる
ものである。
また、第９図は分割電極方式によって、第７図で示す圧
電捩り型振動子の理想的な構成を実現するもので、
（ａ）はリング71に対して分極用の電極72を放射状に形
成した状態を示し、（ｂ）は分極時の電界の加え方と電
気力線の様子を模式的に示した。（ｃ）は（ｂ）で分極
した電極を取り去り、もとの電極間に新たに分割電極を
形成し、同一の方向のすべり振動が発生するように結線
した様子を部分の断面図で示している。第８図に示すよ
うに、円板もしくは、リングの上下面に、放射状の何本
かの分極用の電極72,72,を形成し、表裏別々に分極処理
を施して２組の電極群72a,72bに分かれた分割電極とす
るものである。このようにして、駆動電界に対して直交
する分極成分を得るもので、近似的に第７図の構成を実
現している。
電捩り型振動子の理想的な構成を実現するもので、
（ａ）はリング71に対して分極用の電極72を放射状に形
成した状態を示し、（ｂ）は分極時の電界の加え方と電
気力線の様子を模式的に示した。（ｃ）は（ｂ）で分極
した電極を取り去り、もとの電極間に新たに分割電極を
形成し、同一の方向のすべり振動が発生するように結線
した様子を部分の断面図で示している。第８図に示すよ
うに、円板もしくは、リングの上下面に、放射状の何本
かの分極用の電極72,72,を形成し、表裏別々に分極処理
を施して２組の電極群72a,72bに分かれた分割電極とす
るものである。このようにして、駆動電界に対して直交
する分極成分を得るもので、近似的に第７図の構成を実
現している。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第８図の従来方式の素子分割方式の場
合、１）分極並びに加工工程が複雑になり、コストアッ
プになる、２）接着条件により特性が左右され易い。
３）電気機械変換効率が低い。等の欠点を有していた。
合、１）分極並びに加工工程が複雑になり、コストアッ
プになる、２）接着条件により特性が左右され易い。
３）電気機械変換効率が低い。等の欠点を有していた。
更に、第９図で示す電極分割方式の場合は、１）分極に
際して電気力線は、表面に集中するため、分極は表面層
で大きく、中部で小さく電気機械変換効率が低い。２）
駆動電極を分割する必要があり、振動子の電気端子の取
り出し方等で設計が複雑になる等の欠点を有していた。
際して電気力線は、表面に集中するため、分極は表面層
で大きく、中部で小さく電気機械変換効率が低い。２）
駆動電極を分割する必要があり、振動子の電気端子の取
り出し方等で設計が複雑になる等の欠点を有していた。
そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点を除去するた
めになされたもので、分極並びに加工工程が簡単で、安
価に製造することができ、接着条件等の製造条件により
接着条件により特性が左右されない、電気機械変換効率
等が高く、設計が簡単な捩り型振動子用圧電セラミック
素子を提供することにある。
めになされたもので、分極並びに加工工程が簡単で、安
価に製造することができ、接着条件等の製造条件により
接着条件により特性が左右されない、電気機械変換効率
等が高く、設計が簡単な捩り型振動子用圧電セラミック
素子を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、圧電セラミックリングの互いに対向す
る第１の面及び第２の面に夫々放射状に分割した複数の
第１の分割電極及び複数の第２の分割電極を施し、前記
第１の分割電極及び第２の分割電極間で電気力線が厚み
方向に対して一定の傾斜角度を有するように、前記第１
の分割電極及び第２の分割電極の組合わせを選択して、
複数回に分けて分極処理をした後、前記複数の第１の分
割電極を電気的に結合して第１の全面電極とするととも
に、前記複数の第２の分割電極を電気的に結合して第２
の全面電極としたことを特徴とする捩り型振動子用圧電
セラミック素子が得られる。
る第１の面及び第２の面に夫々放射状に分割した複数の
第１の分割電極及び複数の第２の分割電極を施し、前記
第１の分割電極及び第２の分割電極間で電気力線が厚み
方向に対して一定の傾斜角度を有するように、前記第１
の分割電極及び第２の分割電極の組合わせを選択して、
複数回に分けて分極処理をした後、前記複数の第１の分
割電極を電気的に結合して第１の全面電極とするととも
に、前記複数の第２の分割電極を電気的に結合して第２
の全面電極としたことを特徴とする捩り型振動子用圧電
セラミック素子が得られる。
［作用］ 本発明の捩り型振動子用圧電セラミック素子において
は、圧電セラミックリングに互いに対向する第１の面及
び第２の面に夫々放射状に分割した第１の分割電極及び
第２の分割電極に、この第１の分割電極及び第２の分割
電極間で電気力線が厚み方向に対して一定の傾斜角度を
有するように、第１の分割電極及び第２の分割電極の組
合わせを選択して、複数回に分けて分極処理を行い、複
数の第１の分割電極を電気的に結合して第１の全面電極
とし、複数の第２の分割電極同士を電気的に結合して第
２の全面電極としている。
は、圧電セラミックリングに互いに対向する第１の面及
び第２の面に夫々放射状に分割した第１の分割電極及び
第２の分割電極に、この第１の分割電極及び第２の分割
電極間で電気力線が厚み方向に対して一定の傾斜角度を
有するように、第１の分割電極及び第２の分割電極の組
合わせを選択して、複数回に分けて分極処理を行い、複
数の第１の分割電極を電気的に結合して第１の全面電極
とし、複数の第２の分割電極同士を電気的に結合して第
２の全面電極としている。
これらの第１の全面電極及び第２の全面電極間に、この
圧電セラミックリングの共振周波数に等しい周波数の交
流電圧を印加すると、この圧電セラミックリングの分極
方向と電界方向とは一定の角をなして交差する。したが
って、圧電セラミックリングの第１の面及び第２の面の
周方向に沿って互いに逆方向に歪む捩り振動が発生す
る。
圧電セラミックリングの共振周波数に等しい周波数の交
流電圧を印加すると、この圧電セラミックリングの分極
方向と電界方向とは一定の角をなして交差する。したが
って、圧電セラミックリングの第１の面及び第２の面の
周方向に沿って互いに逆方向に歪む捩り振動が発生す
る。
［実施例］ 以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
第７図は、捩りモード振動子の圧電素子としての理想的
な分極状態を示す図である。
な分極状態を示す図である。
しかしながら、実際上は、円板もしくはリングの単体に
対して第７図のような分極は不可能である。今までに、
第８図及び第９図は近似的に第７図の状態を実現した従
来の方式である。
対して第７図のような分極は不可能である。今までに、
第８図及び第９図は近似的に第７図の状態を実現した従
来の方式である。
第１図は本発明の実施例に係る捩り型振動子用圧電セラ
ミック素子を示す図である。第２図は第１図の捩り型振
動子用圧電セラミック素子の周方向を直線的に展開した
図である。第２図において、圧電セラミック素子10の上
面上の第１の分割電極をA1，A2，…，Anこれらに対向す
る底面上の第２の電極をB1，B2，…，Bnとする。電極A3
及びB1間にのみ直流電圧を一定の温度下で印加すると、
矢印13の方向に分極を生じる。
ミック素子を示す図である。第２図は第１図の捩り型振
動子用圧電セラミック素子の周方向を直線的に展開した
図である。第２図において、圧電セラミック素子10の上
面上の第１の分割電極をA1，A2，…，Anこれらに対向す
る底面上の第２の電極をB1，B2，…，Bnとする。電極A3
及びB1間にのみ直流電圧を一定の温度下で印加すると、
矢印13の方向に分極を生じる。
次に電極A4及びB2間、電極A5及びB3間、A1及びBn-1間、
又は電極A2及びBn間等の第１の分割電極Ak+2及び第２の
分割電極Bk（但しｋは自然数）間に順次直流電界を印加
してゆくと、電極面と一定の傾斜を有する分極が周方向
で順次処理して行くことができる。分極処理において電
極A3及び電極B1間に直流電界を印加しているとき、電極
A3の隣の電極A4及び電極B1の隣の電極B2間に電界を印加
すると、電気力線の方向が多少変わるために、分極方向
の角度が不均一になる。ところが、電極A3及び電極B1間
に直流電圧を印加しているとき、電極A8及び電極B6間の
分極は、影響を殆ど与えられる事はない。従って、分極
処理は、何ステップかの間隔を持って同時に平行処理す
ることが可能である。
又は電極A2及びBn間等の第１の分割電極Ak+2及び第２の
分割電極Bk（但しｋは自然数）間に順次直流電界を印加
してゆくと、電極面と一定の傾斜を有する分極が周方向
で順次処理して行くことができる。分極処理において電
極A3及び電極B1間に直流電界を印加しているとき、電極
A3の隣の電極A4及び電極B1の隣の電極B2間に電界を印加
すると、電気力線の方向が多少変わるために、分極方向
の角度が不均一になる。ところが、電極A3及び電極B1間
に直流電圧を印加しているとき、電極A8及び電極B6間の
分極は、影響を殆ど与えられる事はない。従って、分極
処理は、何ステップかの間隔を持って同時に平行処理す
ることが可能である。
第３図は第１及び第２の電極の平行処理の一例を示す図
である。この図において、第１の分割電極1,1′,1″,1
は同時に遥電圧が印加できる。次ぎに、第１の分割電
極2,2′,2″,2と順次矢印15で示されるように、行う
ことができる。
である。この図において、第１の分割電極1,1′,1″,1
は同時に遥電圧が印加できる。次ぎに、第１の分割電
極2,2′,2″,2と順次矢印15で示されるように、行う
ことができる。
電極面と一定の傾斜角度を持った分極軸がある場合厚み
辷り振動モードが発生することは、良く知られている
（“圧電セラミック材料”田中哲郎、岡崎清他共編 学
献社1973年刊 参照） 従って、適当な寸法の金属棒を両側に接着して、ランジ
ュバン振動子とした場合、捩じりモードの基本周波数で
共振することになる。
辷り振動モードが発生することは、良く知られている
（“圧電セラミック材料”田中哲郎、岡崎清他共編 学
献社1973年刊 参照） 従って、適当な寸法の金属棒を両側に接着して、ランジ
ュバン振動子とした場合、捩じりモードの基本周波数で
共振することになる。
第４図は第１図の構成に対して上下を夫々全面電極とし
て交流電圧を印加した場合のすべり変位の発生する様子
を示す図である。この図において、交流電源16を上下面
の第１及び第２の全面電極17及び18間に接続すると、上
下面近傍は互いに逆方向に周に沿う方向に歪みが発生す
る。
て交流電圧を印加した場合のすべり変位の発生する様子
を示す図である。この図において、交流電源16を上下面
の第１及び第２の全面電極17及び18間に接続すると、上
下面近傍は互いに逆方向に周に沿う方向に歪みが発生す
る。
第５図は実施例における圧電セラミックスの形状を示
し、第１表に関連する諸事項を記入した。
し、第１表に関連する諸事項を記入した。
次に、第６図に示すように、アルミニウム製円柱21,2
1′を両面に導電接着剤で接着した後、交流電源23に接
続して、捩り振動子としての基本性能を確認した。
1′を両面に導電接着剤で接着した後、交流電源23に接
続して、捩り振動子としての基本性能を確認した。
この結果を第２表に示す。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、製法プロセスが簡
便で、接着条件の影響がない、電気機械充填効率の高い
等の利点をもった捩り振動子用圧電セラミック素子の提
供が可能になった。
便で、接着条件の影響がない、電気機械充填効率の高い
等の利点をもった捩り振動子用圧電セラミック素子の提
供が可能になった。
第１図は本発明の基本構成を示す図で、リング状の圧電
セラミックス上下面の電極は、放射状に分割されてお
り、分極は、上下の電極群を選択して電極面に対して分
極軸が一定の角度を成すように構成したものである。 第２図は第１図の構成を実現するための分極方法を示す
図で、上下で電圧を印加する電極の位置がずれている。 第３図は第２図の分極を効率的に行うために互いに干渉
しない離れた位置同士同時の分極処理の説明に供する図
である。 第４図は第１図の構成に対して上下を夫々全面電極とし
て交流電圧を印加した場合のすべり変位の発生する様子
を示す図である。 第５図は実施例において作製した圧電セラミックリング
の形状を示す図で、あわせて寸法も記入した。 第６図は第５図の圧電セラミックリングを用いて捩り振
動子を構成したときの主要寸法を示す図である。 第７図（ａ），（ｂ）は捩り型圧電振動子の駆動源とし
て、理想的な圧電セラミック素子の構成を示す図であ
る。 第８図（ａ），（ｂ）は第７図の構成を近似的に分割方
式で実現した図で、図では円板（ａ）とリング（ｂ）に
ついて、４分割した場合について示してある。 第９図は分割電極方式によって、第１図の構成を実現す
るもので、（ａ）はリング１に対して分極用の電極２を
放射状に形成した状態を示す図で、（ｂ）は分極時の電
界の加え方と電気力線の様子を模式的に示し、（ｃ）は
（ｂ）で分極した電極を取り去り、もとの電極間に新た
に分割電極を形成し、同一の方向のすべり振動が発生す
るように結線した様子を示す部分図である。 図中A1，A2，…，Anは第１の分割電極、B1，B2，…，Bn
は第２の分割電極、10は圧電セラミック素子、13は矢
印、1,1′,1″,1及び2,2′,2″,2は第１の分割電極
の対応部分、15は矢印、16は交流電源、17は第１の全面
電極、18は第２の全面電極、21,21′はアルミニウム製
円柱、23は交流電源、51,51′は圧電セラミックス、52,
52′は分極軸を示す矢印、61は円板、61′はリング、6
2,62′は分極軸を示す矢印、71はリング、72は分極用電
極、72a,72bは表裏電極群である。
セラミックス上下面の電極は、放射状に分割されてお
り、分極は、上下の電極群を選択して電極面に対して分
極軸が一定の角度を成すように構成したものである。 第２図は第１図の構成を実現するための分極方法を示す
図で、上下で電圧を印加する電極の位置がずれている。 第３図は第２図の分極を効率的に行うために互いに干渉
しない離れた位置同士同時の分極処理の説明に供する図
である。 第４図は第１図の構成に対して上下を夫々全面電極とし
て交流電圧を印加した場合のすべり変位の発生する様子
を示す図である。 第５図は実施例において作製した圧電セラミックリング
の形状を示す図で、あわせて寸法も記入した。 第６図は第５図の圧電セラミックリングを用いて捩り振
動子を構成したときの主要寸法を示す図である。 第７図（ａ），（ｂ）は捩り型圧電振動子の駆動源とし
て、理想的な圧電セラミック素子の構成を示す図であ
る。 第８図（ａ），（ｂ）は第７図の構成を近似的に分割方
式で実現した図で、図では円板（ａ）とリング（ｂ）に
ついて、４分割した場合について示してある。 第９図は分割電極方式によって、第１図の構成を実現す
るもので、（ａ）はリング１に対して分極用の電極２を
放射状に形成した状態を示す図で、（ｂ）は分極時の電
界の加え方と電気力線の様子を模式的に示し、（ｃ）は
（ｂ）で分極した電極を取り去り、もとの電極間に新た
に分割電極を形成し、同一の方向のすべり振動が発生す
るように結線した様子を示す部分図である。 図中A1，A2，…，Anは第１の分割電極、B1，B2，…，Bn
は第２の分割電極、10は圧電セラミック素子、13は矢
印、1,1′,1″,1及び2,2′,2″,2は第１の分割電極
の対応部分、15は矢印、16は交流電源、17は第１の全面
電極、18は第２の全面電極、21,21′はアルミニウム製
円柱、23は交流電源、51,51′は圧電セラミックス、52,
52′は分極軸を示す矢印、61は円板、61′はリング、6
2,62′は分極軸を示す矢印、71はリング、72は分極用電
極、72a,72bは表裏電極群である。
Claims (1)
- 【請求項１】圧電セラミックリングの互いに対向する第
１の面及び第２の面に夫々放射状に分割した複数の第１
の分割電極及び複数の第２の分割電極を施し、前記第１
の分割電極及び第２の分割電極間で電気力線が厚み方向
に対して一定の傾斜角度を有するように、前記第１の分
割電極及び第２の分割電極の組合わせを選択して、複数
回に分けて分極処理をした後、前記複数の第１の分割電
極を電気的に結合して第１の全面電極とするとともに、
前記複数の第２の分割電極を電気的に結合して第２の全
面電極としたことを特徴とする捩り型振動子用圧電セラ
ミック素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63326021A JPH074575B2 (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 捩り型振動子用圧電セラミック素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63326021A JPH074575B2 (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 捩り型振動子用圧電セラミック素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02172577A JPH02172577A (ja) | 1990-07-04 |
| JPH074575B2 true JPH074575B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=18183210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63326021A Expired - Lifetime JPH074575B2 (ja) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | 捩り型振動子用圧電セラミック素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH074575B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2557310B2 (ja) * | 1993-04-08 | 1996-11-27 | 三島 大二 | 縦振動を捩り振動に変換する工具ホーン |
| CN115259838B (zh) * | 2022-08-19 | 2023-10-20 | 中船重工海声科技有限公司 | 一种扭转振动晶环及其制作方法 |
-
1988
- 1988-12-26 JP JP63326021A patent/JPH074575B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02172577A (ja) | 1990-07-04 |
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