JP3052168B2 - ねじり変位デバイス - Google Patents
ねじり変位デバイスInfo
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Description
レーザープリンタなどの光ビーム偏向器などに用いられ
るねじり変位デバイスに関し、特に電気機械結合係数が
大きく、しかも圧電単結晶内部に分極反転領域を有する
LiNbO3 板を用いたねじり変位デバイスに関する。
ねじり変位デバイスを示す斜視図である。図9に示すよ
うに、円板状のねじり変位デバイス11は、4個の扇形
の圧電セラミックス片12が接合されて構成されてい
る。これらの各圧電セラミックス片12は、矢印で示す
ようにほぼ扇の弦の方向に分極処理がなされており、か
つ、分極の向きが閉じたループになるように接合されて
いる。
1の上下面には、電極3,3′が形成されている。これ
らの電極3,3′に電圧を印加することによりねじり変
位デバイス11にねじり変位が得られる。
じり変位デバイスにおいては、複数個の圧電セラミック
片12が接着されて構成されているから、接着による特
性のばらつきが大きく、かつ、加工が複雑でコスト的に
も非常に費用が掛かるものであった。さらにねじり変位
デバイスの材料として圧電セラミックスを用いた場合、
ヒステリシスの発生及び高温下での使用が困難等の欠点
があった。
ミックスを用いたねじり変位デバイスの欠点を除去した
ねじり変位デバイスとして、特開昭64−71207号
(特願昭61−206608号)公報に示されるよう
に、分極反転領域を有するLiNbO3 基板を利用し、
128°回転Y基板をその主面内で既ね45°回転した
基板の主面に全面電極を形成して主面がその厚さ方向に
歪むねじり変位デバイスを提案している。しかし、この
回転Y基板からなるねじり変位デバイスにおいては、ね
じり振動以外に屈曲振動も励振されるため、特に、純粋
なねじり変位だけを利用する光偏向器には適さないとい
う問題があった。
て、構造が簡単でヒステリシスがなく、屈曲変位を極力
抑え、かつ、できるだけねじり変位のみを生ずるねじり
変位デバイスを提供することにある。
極軸(Z軸)を基準にしてX軸を中心として回転角θだ
け回転させた角度で切断され厚さ方向に所定の厚さの分
極反転層を有するLiNbO3 基板をX軸と直交するZ
´軸から角度φだけ傾斜した角度で切断して得られた回
転Y板からなり、前記回転角θの値は、ねじり振動に関
連するすべり効果圧電歪定数d25の値が大きくなるよう
に、125°から165°の間の中から選定された一つ
の値とし、前記角度φの値は、前記回転角θの値が前記
選定された一つの値である時に、屈曲振動に関連する横
効果圧電定数d23の値がほぼ0となるように、前記回転
角θの値に対して前記屈曲振動に関連する横効果圧電定
数d 23 の値を0とする前記角度φおよびそのときの前記
ねじり振動に関連するすべり効果圧電歪定数d 25 の値を
Warnerの定数を用いて計算した計算結果を示すグ
ラフから導き出される一つの値にほぼ一致した値とした
ことを特徴とするねじり変位デバイスが得られる。
説明する。
のねじり変位デバイスに用いる回転Y板1を切り出す方
法を示す説明図である。X軸を中心軸としてZ軸(自発
分極軸)から角度θだけ回転させた角度で切断して得ら
れる基板に熱処理を施すことにより厚さ方向に所定の厚
さの分極反転層を有するLiNbO3 基板が得られる。
このLiNbO3 基板から、X軸と直交するZ′軸に長
辺方向を選んで板を切り出して回転Y基板1′が得られ
る。この回転Y基板1′は屈曲振動のみが励振される。
しかし、図1に示すように、Z軸から角度θだけ回転さ
せた回転Y基板1′のZ′軸からさらに角度φだけ傾け
て回転Y基板1′から切り出した回転Y板1ではねじり
振動も励振されるようになる。屈曲振動を励振せず、ね
じり振動のみ効率よく励振するためには回転Y板1の回
転角θおよび長辺方向の切り出し角度φの値を適当に選
ぶ必要がある。
転角θの値に対して、屈曲振動に関連する横効果圧電定
数d23の値を0とする角度φおよびそのときのねじり振
動に関するすべり効果圧電定数d25の値をWarner
の定数を用いて計算した計算結果を示している。図2か
ら回転Y板1がねじり振動のみを効率よく励振するのは
回転角θの値が148°付近で、角度φの値が52°付
近であり、このときのd25の値はおよそ45×10-12
(C/N)になることがわかる。なお、回転角θおよび
角度φの値を必ずしも前記値に一致させなくても、それ
ぞれ前記角度に近い値とすることにより、変換効率は減
少するが、用途によっては十分に使用可能なねじり変位
デバイスを得ることができる。
スの構造概略図である。厚さtが0.1mmであって回
転角θが140°であるLiNbO3 の基板を1120
°で90分間熱処理することにより板厚の半分の厚さま
で分極反転層を形成した後、Z′軸から54.5°だけ
傾いた方向が長辺となるように切り出し、長さlが16
mmであり幅bが4mmでありかつ厚さtが0.1mm
であるねじり変位デバイス2を製作した。図4にこのね
じり変位デバイス2のインピーダンス特性を示す。図4
から明らかなように5.81kHz及び18.85kH
zに共振応答がみられた。これは次の数1式で示される
n次モードねじり振動の共振周波数fnの計算値5.6
4kHzおよび16.92kHzとほぼ一致しており、
このねじり変位デバイスではねじり振動のみが励振され
ていると考えられる。
電圧を印加したときのねじり角−電圧特性の測定結果を
示すものであり、ヒステリシスのない良好な特性が得ら
れている。
この実施例においては、長さlが16mmであり幅bが
4.5mmでありかつ厚さtが0.1mmであるねじり
変位デバイス2に鏡面研磨を施し、Al電極を蒸着で形
成し、反射鏡の役割も兼ねさせた。図7は、図6に示す
幅bが4.5mmでありまた幅bが6mmであるねじり
変位デバイス2に1次のねじり共振の共振周波数の交流
電圧を印加した場合の光ビーム偏向角−電圧特性を示し
ている。図7から明らかなように、共振周波数2.7k
Hz、印加電圧10Vp-p のとき、10°以上の偏向角
が得られた。
この実施例におけるねじり変位デバイス2は、長さlが
7.5mmであり幅bが3mmでありかつ厚さtが0.
1mmである。このねじり変位デバイス2を1次共振で
駆動したときの特性を図8に示す。図8から明らかなよ
うに、共振周波数が9.3kHzと高くなったにもかか
わらず、10Vp-p で10°以上、16Vp-p で約20
°の偏向角が得られた。
位デバイスは、接着工程が不要であって、構造が簡単で
ヒステリシスがなく、屈曲変位を極力抑え、かつ、でき
るだけねじり変位のみを生じる。
デバイスに用いる回転Y板を切り出す方法を示す説明図
である。
と圧電定数との関係を示す計算結果を示す図である。
である。
である。
である。
る。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 自発分極軸(Z軸)を基準にしてX軸を
中心として回転角θだけ回転させた角度で切断され厚さ
方向に所定の厚さの分極反転層を有するLiNbO3 基
板をX軸と直交するZ´軸から角度φだけ傾斜した角度
で切断して得られた回転Y板からなり、前記回転角θの
値は、ねじり振動に関連するすべり効果圧電歪定数d25
の値が大きくなるように、125°から165°の間の
中から選定された一つの値とし、前記角度φの値は、前
記回転角θの値が前記選定された一つの値である時に、
屈曲振動に関連する横効果圧電定数d23の値がほぼ0と
なるように、前記回転角θの値に対して前記屈曲振動に
関連する横効果圧電定数d 23 の値を0とする前記角度φ
およびそのときの前記ねじり振動に関連するすべり効果
圧電歪定数d 25 の値をWarnerの定数を用いて計算
した計算結果を示すグラフから導き出される一つの値に
ほぼ一致した値としたことを特徴とするねじり変位デバ
イス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4247884A JP3052168B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | ねじり変位デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4247884A JP3052168B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | ねじり変位デバイス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0697527A JPH0697527A (ja) | 1994-04-08 |
JP3052168B2 true JP3052168B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=17170034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4247884A Expired - Fee Related JP3052168B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | ねじり変位デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3052168B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013105507A1 (ja) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | パナソニック株式会社 | アクチュエータおよびその駆動方法 |
CN104551510B (zh) * | 2013-10-12 | 2016-04-13 | 深圳先进技术研究院 | 大角度压电陶瓷片点焊加工治具 |
-
1992
- 1992-09-17 JP JP4247884A patent/JP3052168B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH0697527A (ja) | 1994-04-08 |
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