JP2538757B2 - 圧電振動ユニット - Google Patents
圧電振動ユニットInfo
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- torsional
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- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は圧電駆動する捩れ振動
要素を利用した振動ユニットに関する。
要素を利用した振動ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】特公平５−１３４０１号は一枚の振動板
（金属板）に四象限単位の分極領域に区分した矩形の圧
電セラミックを貼り合せ体にすることにより、一方の対
角において厚み方向に一方向に屈曲し、他方の対角にお
いて厚み方向の他方向に屈曲し、単振動板の両端におい
て捩れ振動するようにした圧電バイモルフ、即ち両端捩
れ形の捩れ振動子を提供している。
（金属板）に四象限単位の分極領域に区分した矩形の圧
電セラミックを貼り合せ体にすることにより、一方の対
角において厚み方向に一方向に屈曲し、他方の対角にお
いて厚み方向の他方向に屈曲し、単振動板の両端におい
て捩れ振動するようにした圧電バイモルフ、即ち両端捩
れ形の捩れ振動子を提供している。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】上記捩れ振動子は一
枚の金属板の四象限に圧電セラミックを貼り合せ、その
巾方向の境界線に両端捩れ振動の相殺線を設定し上記両
端捩れ振動を惹起せしめることを基本構想とするため、
上記相殺線の設定が難しく、ずれを生じて所要の両端捩
れ振動が得られず、共振特性を悪化する問題を有してい
る。
枚の金属板の四象限に圧電セラミックを貼り合せ、その
巾方向の境界線に両端捩れ振動の相殺線を設定し上記両
端捩れ振動を惹起せしめることを基本構想とするため、
上記相殺線の設定が難しく、ずれを生じて所要の両端捩
れ振動が得られず、共振特性を悪化する問題を有してい
る。
【０００４】又境界線（相殺線）付近の振動板の剛性が
上記両端捩れ振動の振巾を減殺する問題を有している。
上記両端捩れ振動の振巾を減殺する問題を有している。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】この発明は捩れ振動す
る一対の圧電振動要素を夫々の捩れ振動軸線においてト
ーション部材を介し連結し、両圧電振動要素が該トーシ
ョン部材を互いに反対方向に捩れ振動させつつ捩れ振動
するように配置すると共に、該捩れ振動の節がトーショ
ン部材上に存する圧電振動ユニットを構成した。
る一対の圧電振動要素を夫々の捩れ振動軸線においてト
ーション部材を介し連結し、両圧電振動要素が該トーシ
ョン部材を互いに反対方向に捩れ振動させつつ捩れ振動
するように配置すると共に、該捩れ振動の節がトーショ
ン部材上に存する圧電振動ユニットを構成した。
【０００６】
【０００７】
【作用】この発明におけるトーション部材はそのトーシ
ョン機能により捩れ振動しつつ各圧電振動要素の捩れ振
動を有効に惹起せしめ、又前記振動相殺線（節）を上記
トーション部材上に設定したので同設定が極めて容易で
あり、前記問題点を有効に解決する。
ョン機能により捩れ振動しつつ各圧電振動要素の捩れ振
動を有効に惹起せしめ、又前記振動相殺線（節）を上記
トーション部材上に設定したので同設定が極めて容易で
あり、前記問題点を有効に解決する。
【０００８】又この発明は支持部の両側における各振動
要素の捩れ振動をバランス良く生起させ、上記支持部に
よる振動ユニットの装置内架空支持を適正に行なえる。
要素の捩れ振動をバランス良く生起させ、上記支持部に
よる振動ユニットの装置内架空支持を適正に行なえる。
【０００９】
【実施例】以下この発明を図１乃至図８に基いて説明す
る。
る。
【００１０】振動ユニットは図１に示すように、対向配
置された少なくとも一対の捩れ振動要素１，２を有す
る。
置された少なくとも一対の捩れ振動要素１，２を有す
る。
【００１１】この捩れ振動要素１，２は圧電駆動されて
軸線Ｘを中心に互いに反対方向に円方向振動する圧電素
子によって構成され、この両捩れ振動要素１，２を各々
の捩れ振動軸線Ｘにおいてトーション部材３により相互
に連結し捩れ振動ユニット４を形成する。
軸線Ｘを中心に互いに反対方向に円方向振動する圧電素
子によって構成され、この両捩れ振動要素１，２を各々
の捩れ振動軸線Ｘにおいてトーション部材３により相互
に連結し捩れ振動ユニット４を形成する。
【００１２】トーション部材３は両捩れ振動要素１，２
を各々振動軸線Ｘが一致するように（一直線になるよう
に）連結する。
を各々振動軸線Ｘが一致するように（一直線になるよう
に）連結する。
【００１３】又はトーション部材３は両捩れ振動要素
１，２の振動軸線Ｘが近接平行するように連結する手段
であり、何れの場合も、上記トーション部材３はその各
端が各振動要素１，２の夫々にその中心線（捩れ振動軸
線を中心線に設定）の一端において結合され、両振動要
素１，２の捩れ振動に追随して捩れ振動する。
１，２の振動軸線Ｘが近接平行するように連結する手段
であり、何れの場合も、上記トーション部材３はその各
端が各振動要素１，２の夫々にその中心線（捩れ振動軸
線を中心線に設定）の一端において結合され、両振動要
素１，２の捩れ振動に追随して捩れ振動する。
【００１４】即ち、上記トーション部材３は各振動要素
１，２が振動ユニット４の共振周波数で駆動された時、
各振動要素１，２を最も効率よく振動させるように捩れ
る。
１，２が振動ユニット４の共振周波数で駆動された時、
各振動要素１，２を最も効率よく振動させるように捩れ
る。
【００１５】トーション部材３の捩れ振動に対するバネ
定数は上記観点から設定される。
定数は上記観点から設定される。
【００１６】上記振動ユニット４は上記トーション部材
３上に振動の節Ｏを有する。好ましい例として、上記振
動要素１，２を左右対称にし、両振動要素１，２を同周
波数で駆動するようにし、上記振動の節Ｏをトーション
部材３の軸線上の中心に設定する。この節Ｏが両端捩れ
振動の相殺線Ｙとなる。
３上に振動の節Ｏを有する。好ましい例として、上記振
動要素１，２を左右対称にし、両振動要素１，２を同周
波数で駆動するようにし、上記振動の節Ｏをトーション
部材３の軸線上の中心に設定する。この節Ｏが両端捩れ
振動の相殺線Ｙとなる。
【００１７】上記両振動要素１，２を同一周波数、効果
的には前記共振周波数で駆動されるように構成する。
的には前記共振周波数で駆動されるように構成する。
【００１８】上記捩れ振動ユニットの他の実施例とし
て、図２に示すように、上記捩れ振動する一対の圧電振
動要素１，２を夫々の捩れ振動軸線Ｘにおいて連結し、
例えば両要素１，２を夫々の振動軸線が一致するように
連結し、この連結部において振動ユニット４全体の支持
部５を形成する。
て、図２に示すように、上記捩れ振動する一対の圧電振
動要素１，２を夫々の捩れ振動軸線Ｘにおいて連結し、
例えば両要素１，２を夫々の振動軸線が一致するように
連結し、この連結部において振動ユニット４全体の支持
部５を形成する。
【００１９】この支持部５は振動ユニット４を架空支持
し、各振動要素１，２はこの支持部５を両端捩れ振動の
相殺線Ｙとする。
し、各振動要素１，２はこの支持部５を両端捩れ振動の
相殺線Ｙとする。
【００２０】又この相殺線Ｙは前記振動の節Ｏに設けら
れることが望ましい。従って上記支持部５はこの振動の
節Ｏに設置する。
れることが望ましい。従って上記支持部５はこの振動の
節Ｏに設置する。
【００２１】上記支持部５を例えば図３に示すように捩
れ振動軸線Ｘと真交する支持部材６で支持する。この支
持部材６はフレームやハウジングに固定した固定端を有
する。
れ振動軸線Ｘと真交する支持部材６で支持する。この支
持部材６はフレームやハウジングに固定した固定端を有
する。
【００２２】一例として上記トーション部材３を上記振
動軸線Ｘと直交する線上において互いに反対方向に延び
る支持部材６ａ，６ａにて支持する。
動軸線Ｘと直交する線上において互いに反対方向に延び
る支持部材６ａ，６ａにて支持する。
【００２３】上記支持部材６，６ａ，６ａは上記トーシ
ョン部材３と同効のバネ定数を有するトーション部材に
て形成することができる。上記捩れ振動要素１，２は圧
電バイモルフで形成され、図５乃至図７はこの捩れ振動
を惹起する圧電バイモルフの一例を示している。
ョン部材３と同効のバネ定数を有するトーション部材に
て形成することができる。上記捩れ振動要素１，２は圧
電バイモルフで形成され、図５乃至図７はこの捩れ振動
を惹起する圧電バイモルフの一例を示している。
【００２４】捩れ振動要素は前記の如く圧電バイモルフ
１０と剛体ブロック１１とから成り、一端においてのみ
捩れ振動を惹起させるようにした振動子であって、上記
圧電バイモルフ１０は金属板等から成る振動板１２の対
向する平面の一方の表面に一対の圧電セラミック等から
成る圧電板１３ａ，１４ａを並べて貼り合せ、更に他方
の表面に一対の圧電板１３ｂ，１４ｂを並べて貼り合
せ、圧電板１３ａと１３ｂを対向状態に配し、同様に圧
電板１４ａと１４ｂを対向状態に配する。
１０と剛体ブロック１１とから成り、一端においてのみ
捩れ振動を惹起させるようにした振動子であって、上記
圧電バイモルフ１０は金属板等から成る振動板１２の対
向する平面の一方の表面に一対の圧電セラミック等から
成る圧電板１３ａ，１４ａを並べて貼り合せ、更に他方
の表面に一対の圧電板１３ｂ，１４ｂを並べて貼り合
せ、圧電板１３ａと１３ｂを対向状態に配し、同様に圧
電板１４ａと１４ｂを対向状態に配する。
【００２５】圧電板１３ａ，１３ｂの対は電圧印加によ
り一方１３ａが長さ方向に縮みａを生じた時、他方１３
ｂが長さ方向に伸びｂを生じ、この縮みａと伸びｂが交
互に行なわれ、この結果、圧電バイモルフ１０が圧電板
１３ａ，１３ｂを貼り合せた領域において、厚み方向の
一方に屈曲ｃ1を生ずる。
り一方１３ａが長さ方向に縮みａを生じた時、他方１３
ｂが長さ方向に伸びｂを生じ、この縮みａと伸びｂが交
互に行なわれ、この結果、圧電バイモルフ１０が圧電板
１３ａ，１３ｂを貼り合せた領域において、厚み方向の
一方に屈曲ｃ1を生ずる。
【００２６】同時に圧電板１４ａ，１４ｂの対は電圧印
加により一方１４ａが長さ方向に伸びｂを生じた時、他
方１４ａが長さ方向に縮みａを生じ、この伸びｂと縮み
ａが交互に行なわれ、この結果、圧電バイモルフ１０が
圧電板１４ｂ，１４ａを貼り合せた領域において、厚み
方向の他方に屈曲ｃ2を生ずる。屈曲ｃ1，ｃ2は逆方向
である。
加により一方１４ａが長さ方向に伸びｂを生じた時、他
方１４ａが長さ方向に縮みａを生じ、この伸びｂと縮み
ａが交互に行なわれ、この結果、圧電バイモルフ１０が
圧電板１４ｂ，１４ａを貼り合せた領域において、厚み
方向の他方に屈曲ｃ2を生ずる。屈曲ｃ1，ｃ2は逆方向
である。
【００２７】上記屈曲ｃ1，ｃ2を生ずる圧電板１３ａ，
１３ｂ，１４ａ，１４ｂは振動板１２を共有しているの
で、圧電バイモルフ１０全体としてはその一端の左側コ
ーナ部と、右側コーナ部において交互に屈曲ｃ1，ｃ2を
生ずる。所謂圧電バイモルフ１の一端において捩れ振動
を惹起する。
１３ｂ，１４ａ，１４ｂは振動板１２を共有しているの
で、圧電バイモルフ１０全体としてはその一端の左側コ
ーナ部と、右側コーナ部において交互に屈曲ｃ1，ｃ2を
生ずる。所謂圧電バイモルフ１の一端において捩れ振動
を惹起する。
【００２８】上記図５に示す実施例は上記屈曲ｃ1，
ｃ2、即ち捩れ振動を振動板１２と四枚の圧電板１３
ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂから成る圧電バイモルフ１
０で形成したが、図６は振動板１２の一方の表面と他方
の表面に各一枚の圧電板１５ａ，１５ｂを貼り合せ、各
圧電板１５ａ，１５ｂに仮想線で区分される二象限の分
極領域（ポーリング領域）１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１
７ｂを設け、図５と同様の捩れ振動を惹起させるように
している。
ｃ2、即ち捩れ振動を振動板１２と四枚の圧電板１３
ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂから成る圧電バイモルフ１
０で形成したが、図６は振動板１２の一方の表面と他方
の表面に各一枚の圧電板１５ａ，１５ｂを貼り合せ、各
圧電板１５ａ，１５ｂに仮想線で区分される二象限の分
極領域（ポーリング領域）１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１
７ｂを設け、図５と同様の捩れ振動を惹起させるように
している。
【００２９】つまり圧電板１５ａ，１５ｂの対向する一
対の分極領域（図５の１３ａ，１３ｂと対応する１６
ａ，１６ｂ）においては一方１６ａの縮みａと他方１６
ｂの伸びｂとが交互に生ずるように分極し、他の一対の
分極領域（図５の１４ａ，１４ｂと対応する１７ａ，１
７ｂ）においては一方の伸びｂと他方の縮みａとが交互
に生ずるように分極する。
対の分極領域（図５の１３ａ，１３ｂと対応する１６
ａ，１６ｂ）においては一方１６ａの縮みａと他方１６
ｂの伸びｂとが交互に生ずるように分極し、他の一対の
分極領域（図５の１４ａ，１４ｂと対応する１７ａ，１
７ｂ）においては一方の伸びｂと他方の縮みａとが交互
に生ずるように分極する。
【００３０】又この発明は図８に示すように、前記振動
板１２を介さずにセラミックや水晶等の圧電材から成る
圧電板１５ａ，１５ｂを直に貼り合せバイモルフ１０を
構成する場合を含む。電極に関しては図示を省略する。
板１２を介さずにセラミックや水晶等の圧電材から成る
圧電板１５ａ，１５ｂを直に貼り合せバイモルフ１０を
構成する場合を含む。電極に関しては図示を省略する。
【００３１】上記の如く形成した圧電バイモルフ１０の
他端、即ち前記互いに逆方向の屈曲ｃ1，ｃ2を生ずる側
と反対側の他端部に同他端の変形を抑止する剛体ブロッ
ク１１を一体に結合する。
他端、即ち前記互いに逆方向の屈曲ｃ1，ｃ2を生ずる側
と反対側の他端部に同他端の変形を抑止する剛体ブロッ
ク１１を一体に結合する。
【００３２】この剛体ブロック１１の結合にて圧電バイ
モルフ１０の他端は上記一端側の捩れ方向の振動（屈曲
ｃ1，ｃ2）に伴なう如何なる変形も生ぜず、一端側にお
ける活性な捩れ振動のみが有効に惹起される。
モルフ１０の他端は上記一端側の捩れ方向の振動（屈曲
ｃ1，ｃ2）に伴なう如何なる変形も生ぜず、一端側にお
ける活性な捩れ振動のみが有効に惹起される。
【００３３】上記例示の如くして上記圧電バイモルフ１
０を圧電板１３ａ乃至１５ｂの貼り合せ体にて形成し、
その一端部に上記剛体ブロック１１を結合し、他端部は
自由端とする。
０を圧電板１３ａ乃至１５ｂの貼り合せ体にて形成し、
その一端部に上記剛体ブロック１１を結合し、他端部は
自由端とする。
【００３４】上記剛体ブロック１１は矩形圧電バイモル
フの一辺の略全長に亘り結合し変形抑止効果を向上せし
める。
フの一辺の略全長に亘り結合し変形抑止効果を向上せし
める。
【００３５】図５乃至図７は前記振動板１２を一体無垢
の構造物で形成して前記圧電板を貼り合せ圧電バイモル
フ１０を形成しており、更には剛体ブロック１１と振動
板１２とを切削物又は鋳造物等により一体無垢の構造物
で形成する。この例では剛体ブロック１１が振動板１２
のみに結合している。
の構造物で形成して前記圧電板を貼り合せ圧電バイモル
フ１０を形成しており、更には剛体ブロック１１と振動
板１２とを切削物又は鋳造物等により一体無垢の構造物
で形成する。この例では剛体ブロック１１が振動板１２
のみに結合している。
【００３６】上記捩れ振動ユニット４は振動軸線Ｘ上に
検液子９を直結して粘度計又は密度計を形成する駆動源
として用いることができる。
検液子９を直結して粘度計又は密度計を形成する駆動源
として用いることができる。
【００３７】例えば、図４に示すように、捩れ振動要素
１，２から振動軸線Ｘ上を互いに反対方向に延びる振動
伝達軸８を設け、この各軸端に検液子９を設け、この検
液子９を測定液に浸着して粘度又は密度を感知させるよ
うに使用する。
１，２から振動軸線Ｘ上を互いに反対方向に延びる振動
伝達軸８を設け、この各軸端に検液子９を設け、この検
液子９を測定液に浸着して粘度又は密度を感知させるよ
うに使用する。
【００３８】又上記振動ユニット４を外的振動センサー
として使用できる。この時上記支持部に連結された支持
部材６，６ａ，６ｂは振動ユニット４の架空支持手段と
して機能すると共に、外的振動が加わった時両端捩れ振
動と共に、軸線Ｙを中心に振動ユニット４全体が上記振
動要素１，２の捩れ振動と直角となる方向において捩れ
振動が誘起される。この捩れ振動を検出することによっ
て外的振動の大きさや、波形を測定することができる。
これは当業者において既知の「コリオリの力の原則」に
基くものである。
として使用できる。この時上記支持部に連結された支持
部材６，６ａ，６ｂは振動ユニット４の架空支持手段と
して機能すると共に、外的振動が加わった時両端捩れ振
動と共に、軸線Ｙを中心に振動ユニット４全体が上記振
動要素１，２の捩れ振動と直角となる方向において捩れ
振動が誘起される。この捩れ振動を検出することによっ
て外的振動の大きさや、波形を測定することができる。
これは当業者において既知の「コリオリの力の原則」に
基くものである。
【００３９】
【発明の効果】この発明によればトーション部材のトー
ション機能によりこれを追随的に捩れ振動させつつ各圧
電振動要素の捩れ振動を効率良く惹起せしめ、又前記振
動相殺線（節）を上記トーション部材上に設定したの
で、同設定が極めて容易であり、前記問題点を有効に解
決し両端捩れ振動ユニットの活用を促進する。
ション機能によりこれを追随的に捩れ振動させつつ各圧
電振動要素の捩れ振動を効率良く惹起せしめ、又前記振
動相殺線（節）を上記トーション部材上に設定したの
で、同設定が極めて容易であり、前記問題点を有効に解
決し両端捩れ振動ユニットの活用を促進する。
【００４０】又この発明は支持部の両側における各振動
要素の捩れ振動をバランス良く生起させ、上記支持部に
より振動ユニットの装置内架空支持が適正に行なえる。
要素の捩れ振動をバランス良く生起させ、上記支持部に
より振動ユニットの装置内架空支持が適正に行なえる。
【図１】この発明に係る捩れ振動ユニットの一実施例を
示す側面図。
示す側面図。
【図２】同振動ユニットの他例を示す側面図。
【図３】同振動ユニットの更に他例を示す側面図。
【図４】上記振動ユニットを用いて構成した液体の粘
度、密度等の検出器の側面図。
度、密度等の検出器の側面図。
【図５】上記振動ユニットに用いる捩れ振動要素の具体
例を示す斜視図。
例を示す斜視図。
【図６】同振動要素の他例を示す斜視図。
【図７】図５に示した振動要素の断面図。
【図８】捩れ振動要素の他例を示す斜視図。
１，２ 捩れ振動要素 ３ トーション部を形成する部材 ４ 捩れ振動ユニット ５ 支持部 ６ 支持部材 Ｏ 振動の節 Ｘ 捩れ振動軸線 Ｙ 相殺線
Claims (3)
- 【請求項１】捩れ振動する一対の圧電振動要素を夫々の
捩れ振動軸線においてトーション部材を介し連結し、両
圧電振動要素が該トーション部材を捩れ振動させつつ互
いに反対方向に捩れ振動するように配置すると共に、該
捩れ振動の節が上記トーション部材上に存することを特
徴とする圧電振動ユニット。 - 【請求項２】上記一対の圧電振動要素を左右対称に配置
したことを特徴とする請求項１記載の圧電振動ユニッ
ト。 - 【請求項３】上記振動の節に支持部を設けたことを特徴
とする請求項１記載の圧電振動ユニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5299035A JP2538757B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 圧電振動ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5299035A JP2538757B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 圧電振動ユニット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07131285A JPH07131285A (ja) | 1995-05-19 |
| JP2538757B2 true JP2538757B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=17867376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5299035A Expired - Lifetime JP2538757B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 圧電振動ユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2538757B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0785507B2 (ja) * | 1986-03-12 | 1995-09-13 | 株式会社トーキン | 双動作型圧電バイモルフアクチユエ−タ |
| JPH0458769A (ja) * | 1990-06-26 | 1992-02-25 | Toshiba Corp | 圧電回転微動装置 |
| JPH05248908A (ja) * | 1992-03-09 | 1993-09-28 | Toyota Motor Corp | 熱式吸入空気量検出装置 |
-
1993
- 1993-11-04 JP JP5299035A patent/JP2538757B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07131285A (ja) | 1995-05-19 |
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