JP2976815B2 - 圧電振動子 - Google Patents

圧電振動子

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JP2976815B2 JP6166857A JP16685794A JP2976815B2 JP 2976815 B2 JP2976815 B2 JP 2976815B2 JP 6166857 A JP6166857 A JP 6166857A JP 16685794 A JP16685794 A JP 16685794A JP 2976815 B2 JP2976815 B2 JP 2976815B2
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電トランスやフィル
ター等に用いられる圧電振動子に関し、特に小型化、軽
量化、高信頼性に対応した圧電体の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開昭５７−１３８２１１号公報（図
８）には圧電振動部品の構造とその製造方法が開示され
ている。これによると圧電振動子２１はリード端子２２
で狭持されカバー２３の内側に接触していない。よって
圧電振動２１は空間内で自由に振動することが出来た。
ところが、圧電振動子をリード端子２２のみで狭持して
いるため強い衝撃力には耐えられず高い信頼性が得られ
ない問題点がある。
【０００３】実開平２−５９２２（図９）には圧電磁器
共振子の構造が開示されている。この構造は、圧電磁器
振動番２４にシリコンオイルなどの絶縁性の液体を塗布
し、緩衝用シリコンゴムのカバー２３で覆い、外装樹脂
のマイクロクラック不良を防止している。しかし、この
圧電振動子２１の支持では半田または導電接着剤２５を
振動板上に強固に固定支持しているため緩衝用シリコン
ゴムのみでは自由に圧電体が振動できず、また強い衝撃
にも耐えられない問題がある。
【０００４】実開昭６３−１８５５２８（図１０）に
は、圧電振動子の構造が開示されている。これによると
圧電振動子２１は外装ケース２６に設けられた小突起２
７及び接着剤で密着固定されている。従って圧電振動子
は自由に振動することが出来ないため支持により特性の
劣化が生じてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
圧電振動子の支持構造にはいくつか問題がある。それは
固定により機械的品質係数Ｑｍの低下であり、振動や衝
撃に対する信頼性の低さなどである。また、電極面を固
定した場合にはセラミック面の電極そのものが剥がされ
る欠点があり、問題がある。この問題を解決するために
は支持面積を増やすことが必要となり振動のロスが大幅
に生じる。
【０００６】そこで本発明は、上記問題点を解決する圧
電振動子の支持構造を提供することを目的とし、詳細に
は電気的特性劣化の原因となる機械的に強固な支持に代
わる支持構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、単板または積
層からなる圧電体とそれを収納する外装ケースからなる
圧電振動子において以下のような特徴点を有する。 （１）圧電体が圧電体よりも低密度で成形容易な絶縁材
料を用いた外装ケースに遊嵌され、外装ケースが圧電体
のノード点近傍の入出力部に対応した部分に遊貫孔を有
し、入出力電極部から取り出された入出力リードが遊貫
孔を遊挿している。
【０００８】（２）前項の外装ケースの内壁面の少なく
とも１つの面に微小突起を具備している。
【０００９】（３）前項の微小突起が圧電体のノード点
近傍に配設されている。
【００１０】（４）前項の微小突起の表面に摩擦係数の
小さい部材をコーティングしている。
【００１１】（５）外装ケースの内壁面の少なくとも１
つの面に凹部を有し、この凹部に微小ニードルあるいは
ボールを遊嵌している。
【００１２】（６）前項の凹部の微小ニードルあるいは
ボールが圧電体のノード点近傍に配設されている。
【００１３】（７）外装ケースの内壁面あるいは圧電体
に摩擦係数の小さい部材をコーティングしている。
【００１４】
【実施例】
〔実施例１〕従来の圧電トランス等の圧電振動子では上
述した通りノード点近傍で機械的に強固な支持を行って
いるため効率の低下や発熱を生じるという欠点を有して
いる。また、強い衝撃に対しては電極自体が剥がれを生
じ信頼性を低下させる欠点も有している。この問題を避
けるため機械的に強固な支持ではなく、圧電体の輪郭部
にギャップを設けた外装ケース内に圧電体を遊嵌するこ
とにより支持する方法を見い出した。この外装ケースに
よる支持において、外装ケースと圧電体の間に摩擦が生
じるが、圧電体が高周波振動状態では静止時の１／１０
以下の摩擦係数となり問題とならない。また振動、衝撃
に対してもケース内での圧電体の移動量が少なく信頼性
の高い圧電トランスを提供することが出来る。
【００１５】以下に本発明の実施例を上げ詳細に説明す
る。なお、圧電磁器としてトーキン製ネペック８を３７
×６×１ｍｍの寸法の板状に加工して、入出力面にスク
リーン印刷により銀ペーストを塗布後焼付けにより電極
を形成し、その後分極して３次ローゼン型の圧電トラン
スを作成して圧電振動子のサンプルとした。
【００１６】図１は本発明の第１の実施例の圧電振動子
支持の縦断面図である。圧電振動子１は、入力電極２，
３、出力電極４，５を形成後にそれぞれこれらの電極を
用いて厚み方向と長さ方向に分極され、圧電トランスを
構成している。以下、圧電振動子の具体例として圧電ト
ランスの場合を述べる。フレキシブル性が十分ありトラ
ンスに加える電力に耐え得る直径０．１ｍｍの錫メッキ
銅線を各電極のノード点に半田付けをして、引出し線６
を設けた。その圧電トランス１をポリカーボネイト樹脂
製の収納ケース７のと収納板８で挟み収納して接着し
た。ここで収納ケースの内側の寸法は圧電トランス１の
幅、厚さ、長さの３方向とも０．３ｍｍ増としてギャッ
プ９を０．３ｍｍ設けた。引き出し線は外部に取り出す
ための収納ケース７と収納板８に設けた直径３ｍｍの遊
貫孔１０より遊貫した。
【００１７】この圧電トランスをインピーダンスアナラ
イザーを用いて計測したところ小振動時のＱｍ値および
電気機械結合係数は、支持前と同様の値を示した。ま
た、大振動時の比較としてトランスに周波数１３０ｋＨ
ｚ前後の交流電圧（正弦波）を入力し、冷陰極管（ハリ
ソン（株）製：直径３．０ｍｍ，長さ２２０ｍｍ）を負
荷して点灯試験を行ったところ入出力の電圧、電流、電
力や冷陰極管の輝度および圧電トランスの発熱温度は支
持前と同様であった。さらに、振動試験、衝撃試験（１
００Ｇ）を１００個行いその後、インピーダンスアナラ
イザーによる小振動試験および冷陰極管を負荷にした点
灯試験による大振動における特性を再測定したが、変化
はみられなかった。次に、図１において収納ケースの材
質にガラスエポキシ樹脂を用いて同様の検討を行った
が、支持前後でトランスの特性に変化はみられなかっ
た。ここでは、代表例として２種類の材料を示したが、
その他の材料としてフェノール樹脂、ポリエステル樹
脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などでも同様の結果が
得られる。また、今回はギャップを０．３ｍｍとしたが
０．１〜０．５ｍｍの範囲であれば同様の結果が得られ
る。遊貫孔についても半田付け部に収納ケースが当たら
ない直径２ｍｍ以上であれば問題ない。
【００１８】〔実施例２〕図２は本発明の第２の実施例
の圧電トランス支持の縦断面図である。圧電トランス１
は、入力電極２，３、出力電極４，５を形成後にそれぞ
れこれらの電極を用いて厚み方向と長さ方向に分極し
た。フレキシブル性が十分でありトランスに加える電力
に耐え得る直径０．１ｍｍの錫メッキ銅線を各電極のノ
ード点に半田付けをして、引出し線６を設けた。その圧
電トランス１をポリカーボネイト樹脂製の収納ケース７
と収納板８で挟み収納して接着した。ここで収納ケース
の内側トランスを支えるための直径１ｍｍ，高さ０．１
ｍｍの微小突起１１を設けた。収納ケースの微小突起を
含めた内側の寸法は圧電トランス１の幅、厚さ、長さの
３方向とも０．３ｍｍ増としてギャップ９を０．３ｍｍ
設けた。引き出し線は外部に取り出すための収納ケース
７と収納板８に設けた直径３ｍｍの遊貫孔１０より遊貫
した。
【００１９】このように圧電トランスと接触する部分に
微小突起を設けることにより圧電トランスが振動したと
きに生じる収納ケースとの摩擦が減るため、自由に振動
することが出来る。
【００２０】また、実施例１と同様に小振動時と大振動
時の特性を測定したところ支持前後では変化はみられな
かった。
【００２１】〔実施例３〕図３は本発明の第３の実施例
の圧電トランス支持の縦断面図である。圧電トランス１
は、入力電極２，３、出力電極４，５を形成後にそれぞ
れこれらの電極を用いて厚み方向と長さ方向に分極し
た。フレキシブル性が十分ありトランスに加える電力に
耐え得る直径０．１ｍｍの錫メッキ銅線を各電極のノー
ド点に半田付けをして、引出し線６を設けた。その圧電
トランス１をポリカーボネイト樹脂製の収納ケース７と
収納板８で挟み収納して接着した。ここで収納ケースの
内側に圧電トランスを支えるための直径１ｍｍ，高さ
０．１ｍｍの微小突起１１を圧電トランスのノード点付
近に設けた。収納ケースの微小突起を含めた内側の寸法
は圧電トランス１の幅、厚さ、長さの３方向とも０．３
ｍｍ増としてギャップ９を０．３ｍｍ設けた。引き出し
線は外部に取り出すための収納ケース７と収納板８に設
けた直径３ｍｍの遊貫孔１０より遊貫した。
【００２２】このように圧電トランスと接触する微小突
起の位置をノード点付近に設けることで、より自由に振
動することが出来る。
【００２３】実施例１と同様に小振動時と大振動時の特
性を測定したところ支持前後では変化は見られなかっ
た。
【００２４】〔実施例４〕図４は本発明の第４の実施例
の圧電トランス支持部の縦断面図である。圧電トランス
１は、入力電極と出力電極を形成し、分極を行った。各
電極のノード点に半田付けにより直径０．１ｍｍの錫メ
ッキ銅線で、引出し線を設けた。収納ケース７の収納板
８上には圧電トランス１を支える直径１ｍｍ，高さ０．
１ｍｍの微小突起１１が形成されている。材質はガラス
エポキシ樹脂で、微小突起にはテフロンを微小突起部に
吹き付け１８０℃で焼き付けを行いコーティング部１２
を設けた。コーティングされた微小突起同志の間隔は圧
電トランス１の幅、厚さ、長さの３方向とも０．３ｍｍ
増としてギャップ９を設けた。収納ケース７と収納板８
は圧電トランス１を収納後接着した。引き出し線を外部
に取り出すために収納ケース７と収納板８に直径３ｍｍ
の遊貫孔１０を設けた。
【００２５】 微小突起に摩擦係数の小さいテフロン、
デルリン等をコーティングして圧電トランスが自由に振
動することができる。
【００２６】実施例１と同様に小振動時と大振動時の特
性を測定したところ支持前後では変化は見られなかっ
た。
【００２７】〔実施例５〕図５は本発明の第５の実施例
の圧電トランス支持の縦断面図である。図５において１
は圧電トランス、２，３は入力電極、４，５は出力電極
であり、各電極のノード点に半田付けにより直径０．１
ｍｍの錫メッキ銅線で、引出し線６を設けた。７は収納
ケース、８は収納板であり、材質はポリカーボネイト樹
脂である。１３は圧電トランスを支える直径１ｍｍのボ
ールで、１４はボールを遊嵌する凹部である。ボール１
１の材質は摩擦係数の少ないテフロンで、ボールを遊嵌
した時にボール同志の間隔は圧電トランス１の幅、厚
さ、長さの３方向とも０．３ｍｍ増としてギャップ９を
設けた。収納ケース７と収納板８は圧電トランス１とボ
ール１４を収納後接着した。引き出し線を外部に取り出
すために収納ケース７と収納板８に直径３ｍｍの遊貫孔
１０を設けた。
【００２８】このように圧電トランスと接触する部分に
遊嵌したボールを設けることにより圧電トランスが振動
したときに生じる収納ケースとの摩擦が減るため、自由
に振動することが出来る。
【００２９】また、実施例１と同様に小振動時と大振動
時の特性を測定したところ支持前後では変化はみられな
かった。
【００３０】〔実施例６〕図６は本発明の第６の実施例
の圧電トランス支持の横断面図である。図６において１
は圧電トランス、２，３は入力電極、４，５は出力電極
であり、各電極のノード点に半田付けにより直径０．１
ｍｍの錫メッキ銅線で、引出し線６を設けた。７は収納
ケース，８は収納板であり、材質はポリカーボネイト樹
脂である。１３は圧電トランスを支える直径１ｍｍのボ
ールで、１４はボールを遊嵌する凹部である。ボール１
３の材質は摩擦係数の少ないテフロンで、ボールを遊嵌
した時にボール同志の間隔は圧電トランス１の幅、厚
さ、長さの３方向とも０．３ｍｍ増としてギャップ９を
設けた。収納ケース７と収納板８は圧電トランス１とボ
ール１４を収納後接着した。引き出し線を外部に取り出
すために収納ケース７と収納板８に直径３ｍｍの遊貫孔
１０を設けた。
【００３１】実施例５と異なる点としてボールの位置を
圧電トランスの振動しないノード点付近にすることで、
さらに自由に振動することが出来る。
【００３２】実施例１と同様に小振動時と大振動時の特
性を測定したところ支持前後では変化は見られなかっ
た。
【００３３】〔実施例７〕図７は本発明の実施例７の圧
電トランス支持の縦断面図である。図７において１は圧
電トランス、２，３は入力電極、４，５は出力電極であ
り、各電極のノード点に半田付けにより直径０．１ｍｍ
の錫メッキ銅線で、引出し線６を設けた。７は収納ケー
ス、８は収納板であり、材質はガラスエポキシ樹脂で、
内側にテフロンを吹き付け１８０℃で焼き付けコーティ
ングした。コーティング後の内側の寸法は圧電トランス
１の幅、厚さ、長さの３方向とも０．３ｍｍ増としてギ
ャップ９を設けた。収納ケース７と収納板８は圧電トラ
ンス１を収納後接着した。引き出し線を外部に取り出す
ために収納ケース７と収納板８に直径３ｍｍの遊貫孔を
設けた。
【００３４】このように圧電トランスと接触する部分に
摩擦係数の少ないものをコーティングすることにより圧
電トランスが振動したときに生じる収納ケースとの摩擦
が減るため、自由に振動することが出来る。
【００３５】実施例１と同様に小振動時と大振動時の特
性を測定したところ支持前後では変化はみられなかっ
た。
【００３６】また、振動子の全体を覆ってしまう実施例
を述べてきたが、全体を覆わずに４角のみで遊嵌させて
も同様の効果が得られる。
【００３７】もちろん、本発明は上記の如く単板からな
る圧電体の圧電トランスの支持構造の一実施例を述べた
が、圧電体が積層からなるものでも適用することができ
る。また、入出力リードが外装ケースの厚さに対して上
下両方向から引き出す構成の一実施例を述べたが、下方
向のリードの引き出しを外装ケースの内側に沿って上方
向から入出力リードを引き出すことも可能なかたは無論
である。
【００３８】
【発明の効果】本発明の圧電振動子支持構造は単板また
は積層からなる圧電振動子とそれを遊嵌する外装ケース
からなり、以下のことを特徴とする。
【００３９】１）外装ケースと圧電振動子の間に微小ギ
ャップを設けている。
【００４０】２）外装ケースは絶縁で圧電体より低密度
の材質からなる。
【００４１】外装ケースと圧電振動子の間に微小ギャッ
プを設けることにより、常に振動子の片面で支持を行う
ことになり、そのため振動子が振動したときに自由に振
動をすることが出来る。遊嵌に用いる外装ケースは圧電
振動子の振動が伝わらない程度の低密度で絶縁性のある
材質を用いる。これにより上記の目的とする電気的特製
劣化の原因となる機械的に強固な支持に代わる支持構成
を提供する。
【００４２】本発明の圧電振動子の支持構成では以下の
ような効果が得られる。
【００４３】１．構造が簡単で、支持を行うときに高い
位置精度が不要であり、安価な圧電振動子を提供するこ
とが出来る。
【００４４】２．従来の圧電振動子の支持に比べて、電
気機械結合係数を１〜２％高くすることが出来る。
【００４５】３．応力の集中するノード点での支持が無
いため発熱を少なくなり、振動ロスが少なく、効率の良
い振動子を提供することが出来る。
【００４６】４．広い面積で圧電振動子を支持するため
振動、衝撃に強く耐久性も良く大幅に信頼性を向上させ
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による圧電振動子（圧電トラ
ンス）支持の縦断面図。
【図２】本発明の実施例２による圧電振動子（圧電トラ
ンス）支持の縦断面図。
【図３】本発明の実施例３による圧電振動子（圧電トラ
ンス）支持の横断面図
【図４】本発明の実施例４による圧電振動子（圧電トラ
ンス）支持部の縦断面図。
【図５】本発明の実施例５による圧電振動子（圧電トラ
ンス）支持部の縦断面図。
【図６】本発明の実施例６による圧電振動子（圧電トラ
ンス）支持の横断面図。
【図７】本発明の実施例７による圧電振動子（圧電トラ
ンス）支持の縦断面図。
【図８】従来の圧電振動子支持の縦断面図。
【図９】従来の圧電振動子支持の一部横断面図。
【図１０】従来の圧電振動子支持の平面図。
【符号の説明】
１ 圧電トランス（圧電振動子） ２，３ 入力電極 ４，５ 出力電極 ６ 引出し線 ７ 収納ケース ８ 収納板 ９ ギャップ １０ 遊貫孔 １１ 微小突起 １２ コーティング部 １３ ボール １４ 凹部 ２１ 圧電素子 ２２ リード端子 ２３ カバー ２４ 圧電磁器振動板 ２５ 半田または誘電性接着剤 ２６ 外装ケース ２７ 小突起

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単板または積層からなる圧電体とそれを
    収納する外装ケースからなる圧電振動子において、該圧
    電体が圧電体よりも低密度で成形容易な絶縁材料を用い
    た外装ケースに遊嵌され、外装ケースが圧電体のノード
    点近傍の入出力部に対応した部分に遊貫孔を有し、入出
    力電極部から取り出された入出力リードが前記遊貫孔を
    遊挿していることを特徴とする圧電振動子。
  2. 【請求項２】 前記外装ケースの内壁面の少なくとも１
    つの面に微小突起を具備したことを特徴とする請求項１
    記載の圧電振動子。
  3. 【請求項３】 前記微小突起が圧電体のノード点近傍に
    配設したことを特徴とする請求項２記載の圧電振動子。
  4. 【請求項４】 前記外装ケースの内壁面の少なくとも１
    つの面に凹部を有し、この凹部に微小ニードルまたはボ
    ールを遊嵌したことを特徴とする請求項１記載の圧電振
    動子。
  5. 【請求項５】 前記凹部の微小ニードルあるいはボール
    を圧電体のノード点近傍に配設したことを特徴とする請
    求項５記載の圧電振動子。
  6. 【請求項６】前記圧電体が圧電トランスを構成している
    ことを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。
JP6166857A 1994-07-19 1994-07-19 圧電振動子 Expired - Lifetime JP2976815B2 (ja)

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EP95111183A EP0693824B1 (en) 1994-07-19 1995-07-17 Piezoelectric vibrator with an improved supporting structure
DE69512155T DE69512155T2 (de) 1994-07-19 1995-07-17 Piezoelektrischer Vibrator mit verbesserter Trägerstruktur
KR1019950021825A KR0181323B1 (ko) 1994-07-19 1995-07-19 개선된 지지 구조를 갖는 압전 바이브레이터
US08/504,804 US5583829A (en) 1994-07-19 1995-07-19 Piezoelectric vibrator with an improved supporting structure

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