JP2819493B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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Description
晶を用いた圧電デバイスに関し,特に支持の容易な圧電
方形板のラーメモード振動を利用した圧電振動子,圧電
トランス,および圧電フィルタ等の圧電デバイスに関す
るものである。
複写機のトナー帯電用などに,大きな電流値は必要とし
ないが,1kV程度の高電圧を必要とする機器は多くあ
る。現在,一般的には電磁トランスを使用しているが,
発生電磁ノイズの減少や低消費電力化,機器の小型低背
化などの要求により,圧電トランスの実用化の検討がな
されている。
る圧電振動子の構造の概略斜視図である。図6におい
て,圧電セラミックス矩形板61には,長さ方向のおよ
そ半分の部分に厚さ方向に互いに対向する電極62およ
び63が夫々形成されている。また,圧電セラミックス
矩形板61の電極62および63が形成された部分と反
対側の端面には,端面電極64が形成されている。圧電
セラミックス矩形板61は,矢印で示すように,電極6
2,63の部分は厚さ方向に分極され,端面電極64と
電極62,63との間の部分は,矢印で示すように,圧
電セラミックス矩形板の長さ方向に分極されている。
ンスの動作原理の説明図であり,図7(a)は圧電セラ
ミックス矩形板の断面図,図7(b)は圧電セラミック
ス矩形板が長さ方向振動の1波長共振モードで振動して
いる場合の変位分布であり,図7(c)はその時の歪分
布を示している。図7(a)において電極63をアース
端子とし,電極62に圧電セラミックス矩形板の長さ方
向振動の1波長共振モードの共振周波数に等しい周波数
の電圧を印加すると矩形板は,図7(b)及び(c)に
示すように振動する。この時,電極63と端面電極64
との間には圧電効果により電圧を発生する。ここで,電
極62に印加した入力電圧と端面電極64に発生した出
力電圧について説明すると,電極62と電極63の対向
間隔は電極63と端面電極64との間隔に比べて十分に
小さく,電極62,63の面積は端面電極64の面積よ
り充分に大きいため,入力側の静電容量は出力側の静電
容量に比べて充分大きな値となる。従って,入力側に低
い電圧を印加して振動子を振動した場合,出力側に大き
な電圧が発生する。
た従来の電圧トランスにおいては,振動に影響を与えな
いように振動子を支持するためには図7に示した71の
振動の節の部分で支持する必要がある。一方,前述した
ように出力電圧は振動振幅の最も大きな端面から取り出
す必要があるため,リード線の重さによる振動子特性の
変化,および,振動によるリード線取り出し部の断線な
ど,特性の劣化と信頼性の低下を招くという問題点があ
り,特に出力端子の取り出し部に導電ゴムなどの振動に
与える影響の小さい材料を用いたり,端面電極として圧
電セラミックスとの密着性の高い電極を形成したりする
などの特別の工程を必要としていた。
来技術の問題点を解決すべく,支持が容易で,支持によ
る特性の劣化と信頼性の低下を来たさない圧電デバイス
を提供することにある。
極軸をZ軸として有するニオブ酸リチウム圧電単結晶に
おいて,座標軸をX軸のまわりに120〜170°回転
した座標系(X,Y´,Z´)を,さらにそのZ′軸の
まわりに−20〜20°回転した座標系(X′,Y″,
Z′)において,前記ニオブ酸リチウム圧電単結晶の板
面がX′軸と前記Z´軸に平行になるように切り出され
た圧電振動板を備え,前記圧電振動板は,正方形板を一
単位として少なくとも1単位の前記正方形板からなるよ
うに形成されるとともに前記正方形板の四隅が振動の節
となるラーメモード振動を行うことを特徴とする圧電デ
バイスが得られる。
て,前記圧電振動板の振動の節のうちの少なくとも1つ
を支持するとともに,前記振動の節のうちの少なくとも
2つに電気的入力端子と電気的出力端子を形成したこと
を特徴とする圧電デバイスが得られる。本発明によれ
ば,前記したいずれかの圧電デバイスにおいて,前記圧
電振動板は,縦と横の寸法比が1:2である矩形板であ
り,前記振動板の表裏をなす両面の電極のうちの少なく
とも一方を二分割して,前記振動板の振動の節のいずれ
かに延長し,電気的入力端子と電気的出力端子とした構
造を有することを特徴とする圧電デバイスが得られる。
電気機械的品質係数(Q)の低下や共振周波数の変化を
生じさせないように振動の節で行うことが望ましいが,
実際の支持は必ずしも容易ではない。本発明では,圧電
振動板として面内で等方性の矩形板で,縦と横の寸法比
が整数比のものを用いているので,四隅が振動しないラ
ーメモードと呼ばれる面内振動が存在し,この振動モー
ドを利用して振動子の支持を容易としたものである。
して説明する。
スを示す図で,圧電振動板の電極の取り出しと支持構造
を示している。図1に示すように,圧電振動板として所
定の回転角度から切り出した矩形状のニオブ酸リチウム
の矩形板11の表面の左右に2分割電極12が夫々形成
されて矩形板振動子が構成されている。この矩形板振動
子の振動の節であるニオブ酸リチウムの矩形板11の四
隅を支持するとともに電気的接続を得る金属支持板14
を介して,絶縁体で形成された支持枠13によって支持
されている。金属支持板14は,枠上に形成した電極ラ
ンド15に電気的に接続されている。
の概略構成を示す図で,(a)は正面図,(b)は側面
図である。図2に示したように,圧電振動板として縦と
横の寸法比が1:2である方形板20を用いて方形板ラ
ーメモード振動子を構成し,表裏両面の電極のうち一方
は両方の電極を二分割して2分割電極21,22とし,
電気的入力端子21aと出力端子22aを設けた構造と
することで圧電トランスが構成されている。
次ラーメモード振動を示す図である。図3に示すよう
に,最低次ラーメモード振動は,点線31と一点鎖線3
2で示されている。また,正方形板振動子の四隅33が
振動の節になっている。しかし,この振動モードは等体
積的振動であるため,全面電極を有する圧電セラミック
の矩形板では励振できない。
の形成方法について説明する。この圧電振動板は,異方
性を持つニオブ酸リチウム単結晶板用い,自発分極軸
(Z軸)を基準として,座標軸をX軸のまわりに120
〜170°回転して座標系(X,Y´,Z´)を得,さ
らにそのZ′軸のまわりに−20〜20°回転した座標
系(X′,Y″,Z′)において,板面がX′軸とZ′
軸に平行になるように切り出されることにより得られて
いる。この圧電振動板では,図3の例とは異なり,縦と
横の寸法比がほぼ等しいような正方形板で,四隅が振動
の節となるラーメモード振動を励振することができる。
に用いられるニオブ酸リチウム単結晶回転Y板の弾性コ
ンブライアンスS11,S33の回転角度依存性を示す図で
ある。ラーメモード振動を励振するためにはS11とS33
がほぼ等しくなることが必要で,図4から明らかに,回
転角度90°と155°付近でこの条件が充たされる。
しかし,ラーメモードの最低次等価回路定数から容量比
を計算すると,回転角度90°の時,容量比は無限大と
なり振動を励振できない。回転角度155°の時,容量
比は6.4とかなり小さくなり,圧電的に強く励振でき
ることが明らかである。実際に用いるニオブ酸リチウム
単結晶矩形板は,結晶の回転や切り出し加工の誤差を考
慮し,かつ安定して励振できる角度範囲として,少なく
ともX軸を中心に120〜170°の回転範囲,さらに
X軸と直交するZ′軸を中心に−20〜20°の回転範
囲で切り出されていることが妥当である。
本発明に用いられる圧電振動板の種々の例を示してい
る。図示の点線51と一点鎖線52で示すように,正方
形板を一単位として,この正方形板を縦横に複数並べた
形でも,ラーメモード振動を励振することが可能である
ことがわかる。ここで,圧電振動板を圧電振動子,圧電
トランスおよび圧電フィルタ等の圧電デバイスに用いた
場合においては,圧電振動板の支持の影響を避けるた
め,ラーメモード振動の節53の一部またはすべてで支
持する構造とすることが好ましい。尚,上記した実施例
においては,圧電振動板は一体物であるが,同一寸法の
正方形板の端部を接着剤等で縦横に並べて貼り合わせて
構成することも可能である。
圧電デバイスの一つである圧電トランスについて,詳細
に説明する。
て,自発分極軸(Z軸)を基準としてX軸を中心に15
5°回転し,さらにX軸と直交するZ′軸を中心に5°
回転して,縦と横の寸法が10mm×20mmで,厚さ
が0.5mmの板を切り出した。該方形板の片面にアル
ミニウムを装着し寸法9mm×19mmの方形の電極を
形成し,もう片方の面に周囲と電極間隔を1mmあけて
同様に寸法8.5mm×8.5mmの電極を2ケ並べて
形成した。次に電極を形成した方形板の四隅を支持した
枠に固定して電気端子を支持を介して接続した圧電トラ
ンスとした。支持前後の電気特性の変化を下表1に示
す。2ケ形成した8.5mm×8.5mmの電極の片方
を電気的入力端子として,もう一方の8.5mm×8.
5mmの電極を出力端子としたときの共振周波数の入力
電圧と出力電圧の測定結果,および昇圧比を下表2に示
す。
ンスでは支持前後の電気特性の変化がわずかであり,四
隅を支持することでラーメモード振動の節の一部を支持
していることがわかる。また,表2より明らかに共振周
波数の0.2V〜1.0Vの入力電圧時に98V〜49
5Vの高電圧の出力が得られ,圧電トランスとして約5
00の昇圧比が得られた。
する説明であるが,圧電振動子や圧電フィルタなどの他
の圧電デバイスに関しても同様の効果が得られること
は,容易に推測できる。
ード振動を利用したニオブ酸リチウム単結晶圧電デバイ
スによれば,支持が容易で,支持による特性の劣化と信
頼性の低下を来たさない圧電振動子,圧電トランスおよ
び圧電フィルタ等の圧電デバイスを得ることが可能であ
る。
板の電極の取り出しと支持の状態の一例を示す図であ
る。
を示す図である。
ード振動を示す図である。
転Y板の弾性コンプライアンスS11,S33の回転角度依
存性を示す図である。
す図である。
である。
(b)は圧電セラミックス矩形板が長さ方向振動の1波
長共振モードで振動している場合の変位分布,71は振
動の節,(c)はその時の歪分布。
Claims (3)
- 【請求項1】 自発分極軸をZ軸として有するニオブ酸
リチウム圧電単結晶において,座標軸をX軸のまわりに
120〜170°回転した座標系(X,Y´,Z´)
を,さらにそのZ′軸のまわりに−20〜20°回転し
た座標系(X′,Y″,Z′)において,前記ニオブ酸
リチウム圧電単結晶の板面がX′軸と前記Z´軸に平行
になるように切り出された圧電振動板を備え,前記圧電
振動板は,正方形板を一単位として少なくとも1単位の
前記正方形板からなるように形成されるとともに前記正
方形板の四隅が振動の節となるラーメモード振動を行う
ことを特徴とする圧電デバイス。 - 【請求項2】 請求項1に記載の圧電デバイスにおい
て,前記圧電振動板の振動の節のうちの少なくとも1つ
を支持するとともに,前記振動の節のうちの少なくとも
2つに電気的入力端子と電気的出力端子を形成したこと
を特徴とする圧電デバイス。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の圧電デバイスにお
いて,前記圧電振動板は,縦と横の寸法比が1:2であ
る矩形板であり,前記振動板の表裏をなす両面の電極の
うちの少なくとも一方を二分割して,前記振動板の振動
の節のいずれかに延長し,電気的入力端子と電気的出力
端子とした構造を有することを特徴とする圧電デバイ
ス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5247939A JP2819493B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 圧電デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5247939A JP2819493B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 圧電デバイス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07106660A JPH07106660A (ja) | 1995-04-21 |
JP2819493B2 true JP2819493B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=17170805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5247939A Expired - Lifetime JP2819493B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 圧電デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2819493B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08278146A (ja) * | 1995-04-03 | 1996-10-22 | Murata Mfg Co Ltd | 振動ジャイロ |
EP2897381A1 (en) | 2011-03-31 | 2015-07-22 | NEC CASIO Mobile Communications, Ltd. | Oscillator and electronic device |
-
1993
- 1993-10-04 JP JP5247939A patent/JP2819493B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07106660A (ja) | 1995-04-21 |
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