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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- JP3052168B2 JP3052168B2 JP4247884A JP24788492A JP3052168B2 JP 3052168 B2 JP3052168 B2 JP 3052168B2 JP 4247884 A JP4247884 A JP 4247884A JP 24788492 A JP24788492 A JP 24788492A JP 3052168 B2 JP3052168 B2 JP 3052168B2
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- Japan
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- value
- angle
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バーコードリーダーや
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。
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。
【０００２】
【従来の技術】図９は圧電セラミックスを用いた従来の
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。
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。
【０００３】このように構成したねじり変位デバイス１
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。
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図９に示した従来のね
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。
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。
【０００５】一方、発明者等は既にこのような圧電セラ
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。
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。
【０００６】本発明の課題は、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ずるねじり
変位デバイスを提供することにある。
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、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が得られる。
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。
【０００８】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。
説明する。
【０００９】図１は、ＬｉＮｂＯ3 単結晶板から本発明
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。
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。
【００１０】図２は、回転Ｙ板１におけるＺ軸からの回
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。
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。
【００１１】図３は本発明の実施例のねじり変位デバイ
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。
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。
【００１２】
【数１】
【００１３】図５は図３のねじり変位デバイス２に直流
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。
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。
【００１４】図６は本発明の他の実施例を示している。
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。
【００１５】図８はさらに本発明の他の実施例であり、
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。
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。
【００１６】
【発明の効果】以上に示したように、本発明のねじり変
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。
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。
【図１】ＬｉＮｂＯ3 単結晶板から本発明のねじり変位
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。
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。
【図２】本発明のねじり変位デバイスにおける切断角度
と圧電定数との関係を示す計算結果を示す図である。
と圧電定数との関係を示す計算結果を示す図である。
【図３】本発明の実施例を示す斜視図である。
【図４】図３に示すねじり変位デバイスの特性を示す図
である。
である。
【図５】図３に示すねじり変位デバイスの特性を示す図
である。
である。
【図６】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図７】図６に示すねじり変位デバイスの特性を示す図
である。
である。
【図８】本発明の他の実施例における特性を示す図であ
る。
る。
【図９】従来のねじり変位デバイスを示す斜視図であ
る。
る。
１′ 回転Ｙ基板 １ 回転Ｙ板 ２ ねじり変位デバイス
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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0697527A (ja) | 1994-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990317 |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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