JPH0964674A - 圧電セラミック振動子の製造方法 - Google Patents

圧電セラミック振動子の製造方法

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JPH0964674A
JPH0964674A JP23916395A JP23916395A JPH0964674A JP H0964674 A JPH0964674 A JP H0964674A JP 23916395 A JP23916395 A JP 23916395A JP 23916395 A JP23916395 A JP 23916395A JP H0964674 A JPH0964674 A JP H0964674A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
resonance frequency
ceramic vibrator
vibrator
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Application number
JP23916395A
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English (en)
Inventor
Hisao Oka
久雄 岡
Kazuaki Hirai
一明 平井
Shichiro Nukui
七郎 貫井
Takehiro Ihara
健裕 伊原
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MEGASERA KK
Taiheiyo Cement Corp
Original Assignee
MEGASERA KK
Nihon Cement Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 希望する低周波の共振周波数を正確に持ち、
かつ小型で強度的にも満足できる圧電セラミック振動子
を、歩留り良く製造することのできる圧電セラミック振
動子の製造方法を提供すること。 【解決手段】 先ず支持点或いは固定点を有しない状態
で希望する共振周波数より低い共振周波数を持つ長尺な
矩形の圧電セラミック振動子を製造し、該長尺な矩形の
圧電セラミック振動子に、少なくとも1ヵ所が長手方向
に移動可能な2ヵ所以上の支持点或いは固定点を設け、
該2ヵ所以上の支持点或いは固定点の間隔を、移動可能
な上記支持点或いは固定点を移動させることにより変更
し、希望する共振周波数を持つ圧電セラミック振動子を
製造することとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミック振
動子の製造方法に関し、特に希望する低周波の共振周波
数を正確に持つ圧電セラミック振動子を、容易に得るこ
とのできる圧電セラミック振動子の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術及びその課題】円板状の圧電セラミック振
動子の共振周波数は、一般的に下記の式により算出され
る。
【0003】
【式1】 なお、上記式中、 α : 境界条件定数 T : 振動子の総厚 r : 支持又は固定径(半径) Y : シム材のヤング率 ρ : シム材の密度 σ : シム材のポアソン比 である。
【0004】そのため、該円板状の圧電セラミック振動
子の共振周波数を低減するには、通常、上記式から明ら
かなようにその振動子の厚み(T)を薄くする、また該
振動子を支持又は固定する径(r)を大きくする等の方
策が採られている。ここで、圧電セラミック振動子の厚
みを薄くすることは、該振動子の強度が低下することか
ら限界があり、また該振動子を支持又は固定する径を大
きくすることは、小型化の要求に反する結果となる。そ
こで、強度的に満足でき、しかも小型で低周波、例えば
700Hz以下の共振周波数を持つ圧電セラミック振動
子を製造することは、非常に困難なものとされていた。
【0005】また、圧電セラミック振動子は、その製造
工程中の種々の要因、例えば使用する圧電セラミックス
或いはシム材自体の物性、或いは厚み等の微妙なバラツ
キ、圧電セラミックスとシム材とを接着する、例えば嫌
気性型紫外線硬化型変性アクリレート樹脂の物性、或い
は塗布厚み等による接着状況の微妙なバラツキ、更には
該圧電セラミック振動子を支持又は固定する部分の状態
等により、得られる圧電セラミック振動子の共振周波数
が個々に相違し、特に低周波の共振周波数を持つ圧電セ
ラミック振動子を製造する場合には、上記要因による共
振周波数のバラツキが大きく影響し、希望する低周波の
共振周波数を正確に持つ圧電セラミック振動子を歩留り
良く量産することは困難なものとされていた。
【0006】本発明は、上述した従来の低周波の共振周
波数を持つ圧電セラミック振動子を製造する場合に存在
する課題に鑑み成されたものであって、その目的は、希
望する低周波の共振周波数を正確に持ち、かつ小型で強
度的にも満足できる圧電セラミック振動子を、容易に得
ることのできる圧電セラミック振動子の製造方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成するため、先ず支持点或いは固定点を有しない状
態で希望する共振周波数より低い共振周波数を持つ長尺
な矩形の圧電セラミック振動子を製造し、該長尺な矩形
の圧電セラミック振動子に、少なくとも1ヵ所が長手方
向に移動可能な2ヵ所以上の支持点或いは固定点を設
け、該2ヵ所以上の支持点或いは固定点の間隔を、移動
可能な上記支持点或いは固定点を移動させることにより
変更し、希望する共振周波数を持つ圧電セラミック振動
子を製造することとした。
【0008】上記した本発明にかかる圧電セラミック振
動子の製造方法によれば、共振周波数の微調整が可能と
なるため、正確な共振周波数を有する振動子を歩留り良
く製造することが可能となる。
【0009】また、長尺な矩形の圧電セラミック振動子
は、一般的に下式によってその共振周波数が算出でき
る。
【0010】
【式2】 ここで、上記式中、α : 境界条件定数 T : 振動子の総厚 L : 振動子の自由長 Y : シム材のヤング率 ρ : シム材の密度 である。
【0011】そのため、上記本発明にかかる方法により
低周波の共振周波数を持つ圧電セラミック振動子を製造
する場合には、該振動子の厚み(T)を極端に薄くする
ことなく、その振動子の長さ(L)を長くすることによ
り対処できるため、該振動子の強度を低下させることが
なく、しかも、該振動子の共振周波数に影響しない巾
(W)を狭くすることにより、円板状の圧電セラミック
振動子とは異なり、巾方向の小型化を図ることが可能と
なる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、上記した本発明にかかる圧
電セラミック振動子の製造方法の実施の形態につき説明
する。
【0013】圧電セラミックス材料としては、公知のチ
タン酸バリウム系セラミックス、チタン酸鉛系セラミッ
クス、PZT系セラミックス或いは三成分系セラミック
ス等が使用でき、これらのセラミックスを常法によって
成形、焼成、分極して長尺な矩形の圧電セラミックスを
製造する。
【0014】得られた上記圧電セラミックスを、該圧電
セラミックスと同程度の長さ及び巾に切断された薄肉の
金属板(シム材)に接着剤を用いて貼り合わせる。この
場合、使用目的に応じて圧電セラミックスをシム材の両
面に貼り合わせるバイモルフ型、或いは圧電セラミック
スをシム材の片面に貼り合わせるユニモルフ型のいずれ
としても良く、また、バイモルフ型の圧電セラミック振
動子とする場合には、貼り合わせる2枚の圧電セラミッ
クスの分極方向をシム材を中心にして対称に貼り合わせ
るシリーズタイプ、或いは圧電セラミックスの分極方向
を同一方向に貼り合わせるパラレルタイプのいずれとし
ても良い。また、使用するシム材料としては、SUS31
6 、リン青銅、42アロイ、インバ、スパーインバ或いは
コバール等の通常使用されているシム材料を本発明にお
いても使用でき、また圧電セラミックスとシム材との接
着も、一般の有機系接着剤、例えば嫌気性型紫外線硬化
型変性アクリレート樹脂等を用いて常法によって行えば
良い。
【0015】次に、圧電セラミック振動子に2ヵ所以上
の支持点或いは固定点を設ける。この場合、少なくとも
1ヵ所の支持点或いは固定点は、該圧電セラミック振動
子の長手方向に沿って移動可能なように取り付ける。圧
電セラミック振動子に支持点或いは固定点を設けること
により、該圧電セラミック振動子の自由長は変化し、共
振周波数は高い方向に移行する。移動可能な支持点或い
は固定点の構造としては、例えば塩化ビニール樹脂等の
合成樹脂により成形された部材に、圧電セラミック振動
子を嵌入し得る長孔を穿設し、該長孔に圧電セラミック
振動子を嵌入し、圧電セラミック振動子の長手方向に沿
って該部材がスライドし得る構造とすれば良い。
【0016】その後、圧電セラミック振動子に設けた上
記2ヵ所以上の支持点或いは固定点の間隔を、移動可能
な上記支持点或いは固定点を移動させることにより変更
し、圧電セラミック振動子の共振周波数を希望する共振
周波数のものに正確に合わせた後、上記移動可能な支持
点或いは固定点を圧電セラミック振動子に固定する。こ
の場合、インピーダンス フェイズゲイン アナライザ
ー等により圧電セラミック振動子の共振周波数を測定し
ながら、移動可能な上記支持点或いは固定点の固定位置
を個々の圧電セラミック振動子毎に決定することが好ま
しいが、ロット毎、或いは数個毎の抜き取りによって移
動可能な上記支持点或いは固定点の固定位置を決定して
も良い。
【0017】
【実施例】先ず、PZT系セラミックス〔圧電定数(d
31):−360×10-12 m/v、圧電出力定数
(g31):−8.75×10-3v/N〕を常法によって
成形、焼成、分極して厚み180μm、長さ60mm、
巾5mmの長尺な矩形の圧電セラミックスを製造した。
得られた上記圧電セラミックスを、スパーインバ(31
%Ni+5%Co、残部Fe)により作製した厚み10
0μm、長さ65mm、巾5mmのシム材に接着剤(嫌
気性型紫外線硬化型変性アクリレート樹脂)を用いて貼
り合わせ、総厚500μm、長さ65mm、巾5mm程
度のバイモルフ型でシリーズタイプの圧電セラミック振
動子を作製した。この圧電セラミック振動子の共振周波
数を、無拘束の状態(リード線を利用して宙づり状態)
でインピーダンス フェイズゲイン アナライザー(横
河・ヒューレート・パッカード株式会社製:4194
A)によって測定したところ、120Hz程度であっ
た。その後、上記圧電セラミック振動子に、塩化ビニー
ル樹脂により成形された図2に示した形状寸法のノード
固定部品を2個取り付け、該圧電セラミック振動子の長
手方向にスライドし得る2ヵ所の固定点を有する圧電セ
ラミック振動子とした。この圧電セラミック振動子の斜
視図を、図1に示す。
【0018】次に、上記圧電セラミック振動子の固定点
の位置、及び間隔を、表1に示すように種々に変更し、
該圧電セラミック振動子の共振周波数の変化を各々測定
した。その測定結果を、表1に併記すると共に、図4〜
図6に図示した。なお表中、固定点Aとは図3に示した
ように圧電セラミック振動子の左側に設けた移動可能な
固定点を差し、固定点Bとは圧電セラミック振動子の右
側に設けた移動可能な固定点を差す。また表中に記載さ
れた各固定点の位置は、圧電セラミック振動子の左端を
基点として計った距離である。さらに共振周波数の測定
は、固定点の位置、及び間隔を種々に変更した圧電セラ
ミック振動子をフェルト(厚み約2mm)の上に載置
し、インピーダンス フェイズゲイン アナライザー
(横河・ヒューレート・パッカード株式会社製:419
4A)によって各々測定した。
【0019】
【表1】
【0020】表1より、圧電セラミック振動子の固定点
の位置、及び間隔を変更すると、該圧電セラミック振動
子の共振周波数が変化することが判明する。これによ
り、固定点の位置、及び間隔を変更することにより、希
望する共振周波数を正確に持つ圧電セラミック振動子を
得ることが出来ることが分かる。また表1及び図4〜図
6より、固定点の位置、及び間隔を変更することにより
120Hz程度の共振周波数を持つ圧電セラミック振動
子を、450Hz程度の共振周波数を持つ圧電セラミッ
ク振動子に変更すためには、該圧電セラミック振動子の
長さが40mm以上あることが好ましいことが分かる。
【0021】上記の方法により、希望する共振周波数
(450Hz)を持つ圧電セラミック振動子を得られた
位置(例えば固定点Aの位置が基点から20mm、固定
点Bの位置が基点から50mm)で、移動可能な上記固
定点を圧電セラミック振動子に固定し、希望する低周波
の共振周波数を正確に持つ圧電セラミック振動子とし
た。
【0022】上記圧電セラミック振動子を、図7に示す
ようにT−M(Tooth Mobility)テスター用プローブの
振動子として使用したところ、450Hz程度の単一周
波数で共振し、繰り返し使用にも十分に耐えられる強度
を有する圧電セラミック振動子であることが判明した。
なお、図7に示したT−M(Tooth Mobility)テスター
は、歯根センシングプローブの歯に対する加重負荷を検
知するために、圧電セラミック振動子の下方にロードセ
ル用プローブ、及びロードセルを配置した構造とした
が、この構造に変えて、歯根センシングプローブを設置
した圧電セラミック振動子の先端付近の上下面に、フィ
ルム状のストレインゲージを接着剤にて貼り付け、該ス
トレインゲージにより加重負荷を検知する構造としても
良い。
【0023】
【発明の効果】以上、説明した本発明にかかる圧電セラ
ミック振動子の製造方法によれば、希望する低周波の共
振周波数を正確に持ち、かつ小型で強度的にも満足でき
る圧電セラミック振動子を、歩留り良く製造することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる圧電セラミック振動子の製造方
法により作製した圧電セラミック振動子の一例を示した
斜視図である。
【図2】本発明において使用するノード固定部品の一例
を示した斜視図である。
【図3】本発明にかかる圧電セラミック振動子の製造方
法により作製した圧電セラミック振動子の一例を概念的
に示した側面図である。
【図4】圧電セラミック振動子に設けた固定点の間隔
と、共振周波数との関係を示した図である。
【図5】圧電セラミック振動子に設けた固定点の間隔
と、共振周波数との関係を示した図である。
【図6】圧電セラミック振動子に設けた固定点の間隔
と、共振周波数との関係を示した図である。
【図7】本発明にかかる圧電セラミック振動子の製造方
法により作製した圧電セラミック振動子を、T−M(To
oth Mobility)テスター用プローブの振動子として使用
した状態を概念的に示した断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊原 健裕 埼玉県所沢市岩岡町716−7

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先ず支持点或いは固定点を有しない状態
    で希望する共振周波数より低い共振周波数を持つ長尺な
    矩形の圧電セラミック振動子を製造し、該長尺な矩形の
    圧電セラミック振動子に、少なくとも1ヵ所が長手方向
    に移動可能な2ヵ所以上の支持点或いは固定点を設け、
    該2ヵ所以上の支持点或いは固定点の間隔を、移動可能
    な上記支持点或いは固定点を移動させることにより変更
    し、希望する共振周波数を持つ圧電セラミック振動子を
    製造することを特徴とする、圧電セラミック振動子の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 上記長尺な矩形の圧電セラミック振動子
    の長さが、40mm以上の長さを有する長尺な矩形の圧
    電セラミック振動子であることを特徴とする、請求項1
    記載の圧電セラミック振動子の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記希望する共振周波数が、700Hz
    以下の低周波の共振周波数であることを特徴とする、請
    求項1又は2記載の圧電セラミック振動子の製造方法。
JP23916395A 1995-08-24 1995-08-24 圧電セラミック振動子の製造方法 Pending JPH0964674A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100472093B1 (ko) * 2002-08-30 2005-03-10 주식회사 헬스피아 저주파 세라믹 진동자
CN105653042A (zh) * 2016-02-29 2016-06-08 东南大学 面向多媒体移动终端交互应用的笔式力-触觉再现装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100472093B1 (ko) * 2002-08-30 2005-03-10 주식회사 헬스피아 저주파 세라믹 진동자
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