JPH0993067A - 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Info
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- JPH0993067A JPH0993067A JP27183895A JP27183895A JPH0993067A JP H0993067 A JPH0993067 A JP H0993067A JP 27183895 A JP27183895 A JP 27183895A JP 27183895 A JP27183895 A JP 27183895A JP H0993067 A JPH0993067 A JP H0993067A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
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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。 【解決手段】 先ず希望する共振周波数より高い共振周
波数を持つ円板状の圧電セラミック振動子を製造し、該
円板状の圧電セラミック振動子の中心に、重りを圧電セ
ラミック振動子に触れない状態で載置し得る棒体を立設
し、該棒体に載置する重りの量を、圧電セラミック振動
子の共振周波数を測定しながら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
製造することとした。
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。 【解決手段】 先ず希望する共振周波数より高い共振周
波数を持つ円板状の圧電セラミック振動子を製造し、該
円板状の圧電セラミック振動子の中心に、重りを圧電セ
ラミック振動子に触れない状態で載置し得る棒体を立設
し、該棒体に載置する重りの量を、圧電セラミック振動
子の共振周波数を測定しながら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
製造することとした。
Description
【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、歩留り良く得
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。
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、歩留り良く得
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。
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。
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。
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、歩留り良
く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。
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、歩留り良
く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、先ず希望する共振周波数より高い共振
周波数を持つ円板状の圧電セラミック振動子を製造し、
該円板状の圧電セラミック振動子の中心に、重りを圧電
セラミック振動子に触れない状態で載置し得る棒体を立
設し、該棒体に載置する重りの量を、圧電セラミック振
動子の共振周波数を測定しながら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
を製造することとした。
を達成するため、先ず希望する共振周波数より高い共振
周波数を持つ円板状の圧電セラミック振動子を製造し、
該円板状の圧電セラミック振動子の中心に、重りを圧電
セラミック振動子に触れない状態で載置し得る棒体を立
設し、該棒体に載置する重りの量を、圧電セラミック振
動子の共振周波数を測定しながら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。
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、本発明にかかる圧電セラミック振動
子の製造方法は、先ず希望する共振周波数より高い共振
周波数を持つ円板状の圧電セラミック振動子を製造し、
該圧電セラミック振動子の中心に、重りの荷重による負
荷をかけ、該圧電セラミック振動子の共振周波数を低い
方向に移行させるものであるため、式１に示した圧電セ
ラミック振動子自体の厚み（Ｔ）を極端に薄くすること
なく、また該圧電セラミック振動子の支持、或いは固定
径（ｒ）を極端に大きくすることなく、その振動子に負
荷する重みの量を変更することにより、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ことが出来
るため、小型で強度的にも満足できる圧電セラミック振
動子を製造することが可能となる。
子の製造方法は、先ず希望する共振周波数より高い共振
周波数を持つ円板状の圧電セラミック振動子を製造し、
該圧電セラミック振動子の中心に、重りの荷重による負
荷をかけ、該圧電セラミック振動子の共振周波数を低い
方向に移行させるものであるため、式１に示した圧電セ
ラミック振動子自体の厚み（Ｔ）を極端に薄くすること
なく、また該圧電セラミック振動子の支持、或いは固定
径（ｒ）を極端に大きくすることなく、その振動子に負
荷する重みの量を変更することにより、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ことが出来
るため、小型で強度的にも満足できる圧電セラミック振
動子を製造することが可能となる。
【００１０】
【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。
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。
【００１１】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、分極して円板状の圧電セラミックスを製造
する。
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、分極して円板状の圧電セラミックスを製造
する。
【００１２】得られた上記圧電セラミックスを、該圧電
セラミックスより大きい径の円板状の金属板（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、ＳＵＳ316 、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。
セラミックスより大きい径の円板状の金属板（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、ＳＵＳ316 、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。
【００１３】次に、上記圧電セラミック振動子の中心
に、該圧電セラミック振動子に触れない状態で重りを載
置し得る棒体を立設する。この棒体の構造としては、例
えば鉄、ステンレス等の金属により作製された、先細り
の段部を有する棒体とすれば良い。
に、該圧電セラミック振動子に触れない状態で重りを載
置し得る棒体を立設する。この棒体の構造としては、例
えば鉄、ステンレス等の金属により作製された、先細り
の段部を有する棒体とすれば良い。
【００１４】その後、圧電セラミック振動子に立設した
上記棒体に、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、重りを載置していくことにより、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、その後、載置した上記重りを接着剤等
により棒体に固定する。
上記棒体に、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、重りを載置していくことにより、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、その後、載置した上記重りを接着剤等
により棒体に固定する。
【００１５】
【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５０μｍ、直径１０ｍｍ、孔
径２．９ｍｍの円板状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、Ｂｅ−Ｃｕミルハー
ドン材により作製した、厚み４０μｍ、直径１２．８ｍ
ｍ、孔径１．５ｍｍの円板状のシム材に接着剤（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、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中心
に、ＳＫ材で作製した図２に示した寸法形状の棒体を立
設し、該棒体に、42アロイで作製した厚み４０μｍ、直
径１２．８ｍｍ、孔径１．５ｍｍの円板状の金属板を載
置・固定し、後記する重りを該圧電セラミック振動子に
触れない状態で載置し得るステージを形成した。この圧
電セラミック振動子の共振周波数を、直径１２ｍｍの周
辺固定の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・ヒューレット・パッカード株式会社
製：４１９４Ａ）によって測定したところ、６７０Ｈｚ
程度であった。その後、上記圧電セラミック振動子の中
心に立設した棒体に、図１或いは図３に示すように糸半
田を溶かすことにより形成した円板状の重り（直径約８
ｍｍ、孔径２ｍｍで、重量０．５ｇ及び０．２５ｇの２
種）を、表１に示すようにその総重量を種々変更して載
置し、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に図示した。なお共振周波数の測定は、重りの量を
種々に変更した圧電セラミック振動子を、直径１２ｍｍ
の周辺固定の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・ヒューレット・パッカード株式会
社製：４１９４Ａ）によって各々測定した。
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５０μｍ、直径１０ｍｍ、孔
径２．９ｍｍの円板状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、Ｂｅ−Ｃｕミルハー
ドン材により作製した、厚み４０μｍ、直径１２．８ｍ
ｍ、孔径１．５ｍｍの円板状のシム材に接着剤（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、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中心
に、ＳＫ材で作製した図２に示した寸法形状の棒体を立
設し、該棒体に、42アロイで作製した厚み４０μｍ、直
径１２．８ｍｍ、孔径１．５ｍｍの円板状の金属板を載
置・固定し、後記する重りを該圧電セラミック振動子に
触れない状態で載置し得るステージを形成した。この圧
電セラミック振動子の共振周波数を、直径１２ｍｍの周
辺固定の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・ヒューレット・パッカード株式会社
製：４１９４Ａ）によって測定したところ、６７０Ｈｚ
程度であった。その後、上記圧電セラミック振動子の中
心に立設した棒体に、図１或いは図３に示すように糸半
田を溶かすことにより形成した円板状の重り（直径約８
ｍｍ、孔径２ｍｍで、重量０．５ｇ及び０．２５ｇの２
種）を、表１に示すようにその総重量を種々変更して載
置し、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に図示した。なお共振周波数の測定は、重りの量を
種々に変更した圧電セラミック振動子を、直径１２ｍｍ
の周辺固定の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・ヒューレット・パッカード株式会
社製：４１９４Ａ）によって各々測定した。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１及び図４より、圧電セラミック振動子
の中心に負荷する重りの量を変更すると、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、圧電セラミック振動子の中心に負荷する重り
の量を変更し、希望する共振周波数を正確に持つ圧電セ
ラミック振動子を製造できることが分かる。
の中心に負荷する重りの量を変更すると、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、圧電セラミック振動子の中心に負荷する重り
の量を変更し、希望する共振周波数を正確に持つ圧電セ
ラミック振動子を製造できることが分かる。
【００１８】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
重りの量（２．２５ｇ）で、該重りを接着剤（嫌気性型
変性アクリレート樹脂）で棒体に固定し、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。
（４５０Ｈｚ）を持つ圧電セラミック振動子を得られた
重りの量（２．２５ｇ）で、該重りを接着剤（嫌気性型
変性アクリレート樹脂）で棒体に固定し、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。
【００１９】上記圧電セラミック振動子を、図５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。
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。
【００２０】
【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。
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。
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重り載置用の棒体の一
例を示した斜視図である。
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。
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負荷する重りの量と、
共振周波数との関係を示した図である。
共振周波数との関係を示した図である。
【図５】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。
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 (72)発明者 武藤 敏 埼玉県日高市高萩605−19−６
Claims (2)
- 【請求項１】 先ず希望する共振周波数より高い共振周
波数を持つ円板状の圧電セラミック振動子を製造し、該
円板状の圧電セラミック振動子の中心に、重りを前記圧
電セラミック振動子に触れない状態で載置し得る棒体を
立設し、該棒体に載置する重りの量を、圧電セラミック
振動子の共振周波数を測定しながら変更することによ
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。 - 【請求項２】 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記載の圧電セラミック振動子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27183895A JPH0993067A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 圧電セラミック振動子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27183895A JPH0993067A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 圧電セラミック振動子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0993067A true JPH0993067A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17505576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27183895A Pending JPH0993067A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 圧電セラミック振動子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0993067A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013090863A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Perimetrics, Llc | System and method for determining structural characteristics of an object |
| US9358089B2 (en) | 2010-06-19 | 2016-06-07 | Perimetrics, Llc | System and method for determining structural characteristics of an object |
| US9869606B2 (en) | 2011-06-18 | 2018-01-16 | Perimetrics, Llc | System and method for determining structural characteristics of an object |
| US11493415B2 (en) | 2016-12-30 | 2022-11-08 | Perimetrics, Inc. | System and method for determining structural characteristics of an object |
-
1995
- 1995-09-26 JP JP27183895A patent/JPH0993067A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9358089B2 (en) | 2010-06-19 | 2016-06-07 | Perimetrics, Llc | System and method for determining structural characteristics of an object |
| US9869606B2 (en) | 2011-06-18 | 2018-01-16 | Perimetrics, Llc | System and method for determining structural characteristics of an object |
| WO2013090863A1 (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Perimetrics, Llc | System and method for determining structural characteristics of an object |
| US11493415B2 (en) | 2016-12-30 | 2022-11-08 | Perimetrics, Inc. | System and method for determining structural characteristics of an object |
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