JP2007115866A - Ultrasonic wave vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高周波電圧により駆動される超音波振動子に関する。 The present invention relates to an ultrasonic transducer driven by a high frequency voltage.
超音波振動子には、圧電体として圧電セラミックスを用いた圧電セラミックス振動子がある。このような圧電セラミックス振動子を図4に示す。図4の圧電セラミックス振動子は圧電体101と電極102、103とで構成されている。圧電体101は板状であり、圧電体101の上下の面の全面には電極102、103がそれぞれ設けられている。こうした圧電セラミックス振動子では、周波数が超音波振動子の共振周波数である高周波電圧が、駆動電圧として電極102、103に加えられると、圧電体101が振動して超音波を発生する。このとき、圧電体101は主に厚み方向に振動して超音波を発生する。
As the ultrasonic vibrator, there is a piezoelectric ceramic vibrator using a piezoelectric ceramic as a piezoelectric body. Such a piezoelectric ceramic vibrator is shown in FIG. The piezoelectric ceramic vibrator shown in FIG. 4 includes a
従来の圧電セラミックス振動子には、次の問題点がある。従来の圧電セラミックス振動子に駆動電圧を加えて超音波を発生するとき、圧電体101の厚み方向の振動と共に、圧電体101の長さ方向の振動も発生する。つまり、図5の特性mに示すように、厚さ方向の振動によるインピーダンス変化と共に、特性nに示すように、長さ方向の振動によるインピーダンス変化も発生する。このために、共振周波数f101の駆動電圧を電極102、103に加えても、特性nにより圧電体101の駆動が不安定になる。
The conventional piezoelectric ceramic vibrator has the following problems. When an ultrasonic wave is generated by applying a driving voltage to a conventional piezoelectric ceramic vibrator, vibration in the length direction of the
また、従来の圧電セラミックス振動子は振動の鋭さを示す値Qが高い。つまり、共振周波数f101におけるインピーダンスが鋭く低下する。このために、駆動電圧の周波数が共振周波数f101から少しでも外れると、インピーダンスが急激に高くなり、効率が大幅に低下してしまう。 Further, the conventional piezoelectric ceramic vibrator has a high value Q indicating the sharpness of vibration. That is, the impedance at the resonance frequency f101 decreases sharply. For this reason, when the frequency of the drive voltage deviates even slightly from the resonance frequency f101, the impedance rapidly increases and the efficiency is significantly reduced.
この発明は、前記の課題を解決し、超音波発振の際の駆動を安定し、しかも、駆動電圧の周波数が変化しても、効率の急激な低下を防ぐことができる超音波振動子を提供することにある。 The present invention provides an ultrasonic transducer that solves the above-mentioned problems, stabilizes driving during ultrasonic oscillation, and can prevent a sudden drop in efficiency even when the frequency of the driving voltage changes. There is to do.
前記課題を解決するために、請求項1の発明は、振動により超音波を発生する板状の圧電体と、この圧電体の上面および下面にそれぞれ設けられ、この圧電体を駆動するための電圧が加えられる電極とを具備する超音波振動子において、前記少なくとも一方の電極に、少なくとも1以上の開口部を設けたことを特徴とする超音波振動子である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の超音波振動子において、前記上下面の電極は印刷によって設けられ、前記開口部は印刷の際に設けられ、電極が印刷されない領域であることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の超音波振動子において、前記開口部の形状は円形、楕円、長円、多角形、または線状であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic transducer according to the first aspect, the upper and lower surface electrodes are provided by printing, the opening is provided at the time of printing, and the electrode is not printed. Features.
According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic transducer according to the first or second aspect, the shape of the opening is a circle, an ellipse, an ellipse, a polygon, or a line.
請求項1の発明によれば、少なくとも一方の電極に、少なくとも1以上の開口部を設けたので、電極に電圧を加えても、開口部には電界が加わらない。これにより、電極の開口部に位置する圧電体の振動を抑えて、圧電体の長さ方向の振動を抑制することができる。また、電極の開口部に位置する圧電体の振動を抑制するので、超音波振動子のQが低下し、駆動電圧の周波数が変化しても、効率の急激な低下を防ぐことができる。
請求項2の発明によれば、印刷で電極を設ける際に、電極を印刷しない領域を開口部としたので、簡単に開口部を形成でき、また、コストを抑えて、超音波発振の際の駆動を安定し、効率の急激な低下を防ぐことができる。
請求項3の発明によれば、開口部を単純な矩形とした場合、角部にひびが生じ易いが、本発明では開口部の形状を円形、楕円、長円、多角形、および線状の中の1つとしたので、圧電体の振動の際に開口部の割れ等の発生を防ぐか低減することができる。
According to the invention of
According to the second aspect of the present invention, when the electrode is provided by printing, the region where the electrode is not printed is used as the opening. Therefore, the opening can be easily formed, and the cost can be reduced. The drive can be stabilized and a sudden drop in efficiency can be prevented.
According to the invention of claim 3, when the opening is a simple rectangle, the corner is likely to crack, but in the present invention, the shape of the opening is circular, oval, oval, polygonal, and linear. Since it is one of them, it is possible to prevent or reduce the occurrence of cracks and the like of the opening when the piezoelectric body vibrates.
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。図1は、この発明の実施形態を示す圧電セラミックス振動子の斜視図である。この圧電セラミックス振動子の用途としては、例えばメガネの洗浄用の超音波洗浄機に用いられる。図1の圧電セラミックス振動子は、圧電体1とその上下面にそれぞれ設けられた電極2、3とを備えて構成されている。圧電体1は、板状であり、電極2、3を介して、周波数が共振周波数である駆動電圧が加えられると、主に厚み方向(矢印Aまたはその逆方向)に振動して、超音波を発生する。
Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric ceramic vibrator showing an embodiment of the present invention. As an application of this piezoelectric ceramic vibrator, for example, it is used in an ultrasonic cleaning machine for cleaning glasses. The piezoelectric ceramic vibrator of FIG. 1 includes a
電極2は、印刷により圧電体1の一方の板面に設けられた金属膜である。この実施の形態では、円形の開口部2Aが電極2に設けられている。なお、図1では、図面の複雑化を避けるために、代表的な開口部に符号を付けている。こうした開口部2Aの面積は、圧電体1の板面の3[%]以上であり60[%]以下であることが適切である。3[%]以下だと所望の効果が期待できないためである。また、60[%]以上であると、圧電体1に所定の電圧を印加できず動作不良を起こすおそれがあるためである。開口部2Aは、図2に示すように、電極が印刷されない領域、つまり、圧電体1に対する未印刷領域であり、この実施の形態では、開口部2Aは、圧電体1の長手方向に対して規則的に並んで配置され、また、圧電体1の両端部には設けられていない。さらに、開口部2Aの形状が円形のような弧状にしてあるので、超音波を出力するために圧電体1が振動しても、開口部2Aのひび割れ等の発生を防ぐことができる。
The
電極3も、印刷により圧電体1の他方の板面に設けられた金属膜である。この電極3は圧電体1の他方の板面の全面に設けられている。
The electrode 3 is also a metal film provided on the other plate surface of the
前記構成の圧電セラミックス振動子の電極2、3に周波数が共振周波数である、高周波の駆動電圧が加えられると、電極2の開口部2Aに位置する圧電体1には、駆動電圧による電界が加えられない。したがって、開口部2Aの下部では、圧電体1の振動が抑えられ、圧電体1の長さ方向の振動が抑制される。長さ方向の振動が抑制されると、図3に示すように、圧電体1の長さ方向の振動によるインピーダンス変化の発生を防ぐことができる。つまり、従来の超音波振動子の長さ方向の振動によるインピーダンス変化(図5に示す特性n)の発生を防ぐことができる。この結果、共振周波数f1の駆動電圧を、電極2と電極3との間に加えると、圧電体1の駆動を安定化することができる。
When a high-frequency driving voltage having a resonance frequency is applied to the
また、従来の圧電セラミックス振動子は、振動子の振動の鋭さを示す値Qが高い。つまり、共振周波数f101におけるインピーダンスが鋭く低下する。このために、駆動電圧の周波数が共振周波数f101から少しでも外れると、インピーダンスが鋭く高くなり、効率が急激に低下してしまう。これに対して、この実施の形態による圧電セラミックス振動子では、駆動電圧が電極2と電極3との間に加えられると、電極2の開口部2Aの下部では、圧電体1の振動が抑えられ、圧電体1の長さ方向の振動が抑制される。この結果、図3に示すようにQを低くすることができ、駆動電圧の周波数が変化しても、効率の急激な低下を防ぐことができる。
Further, the conventional piezoelectric ceramic vibrator has a high value Q indicating the sharpness of vibration of the vibrator. That is, the impedance at the resonance frequency f101 decreases sharply. For this reason, when the frequency of the drive voltage deviates even slightly from the resonance frequency f101, the impedance becomes sharply high, and the efficiency drops sharply. On the other hand, in the piezoelectric ceramic vibrator according to this embodiment, when a driving voltage is applied between the
この実施の形態による超音波振動子は、例えば、前述のように洗浄器に用いられる。洗浄器には、通常、複数の超音波振動子が用いられ、従来の超音波振動子ではQが高いので、各振動子の特性が均一でない場合や駆動電圧の周波数が共振周波数から外れると、各振動子が出力する超音波に強弱が発生し、洗浄にむらが生じる。しかし、この実施の形態による超音波振動子を洗浄に用いると、Qが低いので、各振動子の特性が均一でない場合や駆動電圧の周波数が共振周波数から外れても、各振動子の効率に大幅な変動がなく、各振動子が出力する超音波のレベルが大体同じであり、洗浄にむらが生じることを防ぐことができる。 The ultrasonic transducer according to this embodiment is used in a cleaning device as described above, for example. In the cleaning device, a plurality of ultrasonic vibrators are usually used, and the conventional ultrasonic vibrator has a high Q. Therefore, when the characteristics of the vibrators are not uniform or the frequency of the drive voltage deviates from the resonance frequency, The ultrasonic wave output from each vibrator is strong and weak, resulting in uneven cleaning. However, when the ultrasonic transducer according to this embodiment is used for cleaning, since the Q is low, the efficiency of each transducer is improved even if the characteristics of each transducer are not uniform or the frequency of the drive voltage deviates from the resonance frequency. There is no significant fluctuation, the level of ultrasonic waves output from each transducer is approximately the same, and uneven cleaning can be prevented.
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。たとえば、この実施の形態では、開口部2Aが電極2に対して規則性をもって配列されているが、ランダムに配置されてもよい。また、開口部2Aの形状は円形であったが、この他に楕円、長円、多角形、線状でもよい。これらの形状でも、圧電体の振動の際に、開口部の割れ等の発生を防ぐことができる。また、電極3には開口部を形成しなかったが、電極3に対して電極2と上下対称にまたは上下非対称に開口部を設けてもよい。また、下面側の電極3に開口部を形成し、上面側の電極2は開口部なしとしても良い。
The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, Included in the invention. For example, in this embodiment, the
1 圧電体
2、3 電極
2A 開口部
1
Claims (3)
前記少なくとも一方の電極に、少なくとも1以上の開口部を設けたことを特徴とする超音波振動子。 In an ultrasonic transducer comprising: a plate-like piezoelectric body that generates ultrasonic waves by vibration; and an electrode that is provided on each of the upper and lower surfaces of the piezoelectric body and to which a voltage is applied to drive the piezoelectric body.
An ultrasonic transducer comprising at least one or more openings in the at least one electrode.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005305203A JP2007115866A (en) | 2005-10-20 | 2005-10-20 | Ultrasonic wave vibrator |
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Citations (2)
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JPH1127798A (en) * | 1997-07-04 | 1999-01-29 | S C:Kk | Method for generating ultrasonic vibration |
JP2002084596A (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-22 | Shibaura Mechatronics Corp | Ultrasonic oscillator and its manufacturing method |
-
2005
- 2005-10-20 JP JP2005305203A patent/JP2007115866A/en active Pending
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