JPH02172577A - 捩り型振動子用圧電セラミック素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、超音波モータ、超音波加工機、あるいはメカ
ニカルフィルター等において、捩り振動モードを発生さ
せて使用する複合振動子の捩りモードの発生源である圧
電振動素子に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の用途の圧電振動素子は、圧電セラミック
スの有する厚みすべり振動モードを連結する剛体の捩り
モードに変更するように、構成するものであり、駆動電
界の方向と分極軸とは直交しているものである。

第７図（ａ）、（ｂ）は捩り型圧電振動子の駆動源とし
て、理想的な圧電セラミック素子の構成を示す図で、圧
電セラミックス５１．５１−の中心軸の周囲を同心円状
に矢印５２．５２″で示されるような分極軸が通るもの
である。しかしながら、第７図に示されるような構成は
圧電セラミックスにおいて、分極処理上不可能であり、
第７図の構成に近似的になるような振動子がいくつか提
案されている。

第８図及び第９図は第７図の圧電振動素子に近似した圧
電振動素子を示す斜視図である。第８図（ａ）及び（ｂ
）で示される分割方式で実現された圧電捩り型振動子は
、一つの円板６１もしくは、リング６１′が何個かの分
割された素片からなり夫々の矢印で示される分極軸６２
．及び６２′を結ぶと近似的な第７図に示す構造と夫々
なるものである。

また、第９図は分割電極方式によって、第７図で示す圧
電捩り型振動子の理想的な構成を実現するもので、（ａ
）はリング７１に対して分極用の電極７２を放射状に形
成した状態を示し、（ｂ）は分極時の電界の加え方と電
気力線の様子を模式的に示した。（ｃ）は（ｂ）で分極
した電極を取り去り、もとの電極間に新たに分割電極を
形成し、同一の方向のすべり振動が発生するように結線
した様子を部分の断面図で示している。第８図に示すよ
うに、円板もしくは、リングの上下面に、放射状の何本
かの分極用の電極７２，７２．を形成し、表裏別々に分
極処理を施して２組の電極群７２ａ、７２ｂに分かれた
分割電極とするものである。このようにして、駆動電界
に対して直交する分極成分を得るもので、近似的に第７
図の構成を実現している。

［発明が解決しようとする課８］ しかしながら、第８図の従来方式の素子分割方式の場合
、１）分極並びに加工工程が複雑になり、コストアップ
になる、２）接着条件により特性が左右され易い。３）
電気機械変換効率が低い。笠の欠点を有していた。

更に、第９図で示す電極分割方式の場合は、１）分極に
際して電気力線は、表面に集中するため、分極は表面層
で大きく、中部で小さく電気機械変換効率が低い。２）
駆動電極を分割する必要があり、振動子の電気端子の取
り出し方等で設計が複雑になる等の欠点を有していた。

そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点を除去するた
めになされたもので、分極並びに加工工程が簡単で、安
価に製造することができ、接着条件等の製造条件により
接着条件により特性が左右されない、電気機械変換効率
等が高く、設計が簡単な捩り型振動子用圧電セラミック
素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、圧電セラミックリングの互いに対向す
る第１の面及び第２の面に夫々放射状に分割した複数の
第１の分割電極及び複数の第２の分割電極を施し、前記
第１の分割電極及び第２の分割電極間で電気力線が厚み
方向に対して一定の傾斜角度を有するように、前記第１
の分割電極及び第２の分割電極の組合わせを選択して、
複数回に分けて分極処理をした後、前記複数の第１の分
割電極を電気的に結合して第１の全面電極とするととも
に、前記複数の第２の分割電極を電気的に結合して第２
の全面電極としたことを特徴とする捩り型振動子用圧電
セラミック素子が得られる。

［作　用コ 本発明の捩り型振動子用圧電セラミック素子においては
、圧電セラミックリングに互いに対向する第１の面及び
第２の面に夫々放射状に分割した第１の分割電極及び第
２の分割電極に、この第１の分割電極及び第２の分割電
極間で電気力線が厚み方向に対して一定の傾斜角度を有
するように、第１の分割電極及び第２の分割電極の組合
わせを選択して、複数回に分けて分極処理を行い、複数
の第１の分割電極を電気的に結合して第１の全面電極と
し、複数の第２の分割電極同士を電気的に結合して第２
の全面電極としている。

これらの第１の全面電極及び第２の全面電極間に、この
圧電セラミックリングの共振周波数に等しい周波数の交
流電圧を印加すると、この圧電セラミックリングの分極
方向と電界方向とは一定の角をなして交差する。したが
って、圧電セラミックリングの第１の面及び第２の面の
周方向に沿って互いに逆方向に歪む捩り振動が発生する
。

［実施例］ 以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第７図は、捩りモード振動子の圧電素子としての理想的
な分極状態を示す図である。

しかしながら、実際上は、円板もしくはリングの単体に
対して第７図のような分極は不可能である。今までに、
第８図及び第９図は近似的に第７図の状態を実現した従
来の方式である。

第１図は本発明の実施例に係る捩り型振動子用圧電セラ
ミック素子を示す図である。第２図は第１図の捩り型振
動子用圧電セラミック素子の周方向を直線的に展開した
図である。第２図において、圧電セラミック素子１０の
上面上の第１の分割電極をＡＩ＋　Ａ２＋　・・・、Ａ
にれらに対向する底面上の第２の電極をＢｌ　ｇ　　Ｂ
２　＋　・・・、Ｂ、とする。

電極Ａ、及び８１間にのみ直流電圧を一定の温度下で印
加すると、矢印１３の方向に分極を生じる。

次に電極Ａ４及び８２間、電極Ａ５及び８３間、Ａ、及
びＢ、−１間、又は電極Ａ２及び８５間等の第１の分割
電極Ａｋヤ、及び第２の分割電極Ｂ。

（但しｋは自然数）間に順次直流電界を印加してゆくと
、電極面と一定の傾斜を有する分極が周方向で順次処理
して行くことができる。分極処理において電極Ａ、及び
電極８８間に直流電界を印加しているとき、電極Ａ、の
隣の電極Ａ４及び電極Ｂ、の隣の電極８２間に電界を印
加すると、電気力線の方向が多少変わるために、分極方
向の角度が不均一になる。ところが、電極Ａ３及び電極
８１間に直流電圧を印加しているとき、電極Ａ８及び電
極８６間の分極は、影響を殆ど与えられる事はない。従
って、分極処理は、何ステップかの間隔を持って同時に
平行処理することが可能である。

第３図は第１及び第２の電極の平行処理の一例を示す図
である。この図において、第１の分割電極１，１°、１
°’、１”’は同時に遥電圧が印加できる。次ぎに、第
１の分割電極２．２’２２゛°と順次矢印１５で示され
るように、行うことができる。

電極面と一定の傾斜角度を持った分極軸がある場合厚み
辷り振動モードが発生することは、良く知られている（
“圧電セラミック材料″田中哲部、岡崎清他共編　学献
社　１９７３年刊　参照）従って、適当な寸法の金属環
を両側に接着して、ランジュバン振動子とした場合、捩
じりモードの基本周波数で共振することになる。

第４図は第１図の構成に対して上下を夫々全面電極とし
て交流電圧を印加した場合のすべり変位の発生する様子
を示す図である。この図において、交流電源１６を上下
面の第１及び第２の全面電極１７及び１８間に接続する
と、上下面近傍は互いに逆方向に周に沿う方向に歪みが
発生する。

第５図は実施例における圧電セラミックスの形状を示し
、第１表に関連する諸事項を記入した。

次に、第６図に示すように、アルミニウム製円柱２１．
２１−を両面に導電接着剤で接着した後、交流型Ｒ２３
に接続して、捩り振動子としての基本性能を確認した。

この結果を第２表に示す。

第　　２　　表 第　　１　　表 ＊ＩＫＨｚでのｉｌｌ定値 ［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、製法プロセスが簡
便で、接着条件の影響がない、電気機械充填効率の高い
等の利点をもった捩り振動子用圧電セラミック素子の提
供が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す図で、リング状の圧電
セラミックス上下面の電極は、放射状に分割されており
、分極は、上下の電極群を選択して電極面に対して分極
軸が一定の角度を成すように構成したものである。 第２図は第１図の構成を実現するための分極方法を示す
図で、上下で電圧を印加する電極の位置がずれている。 第３図は第２図の分極を効率的に行うために互いに干渉
しない離れた位置同士同時の分極処理の説明に供する図
である。 第４図は第１図の構成に対して上下を夫々全面電極とし
て交流電圧を印加した場合のすべり変位の発生する様子
を示す図である。 第５図は実施例において作製した圧電セラミックリング
の形状を示す図で、あわせて寸法も記入した。 第６図は第５図の圧電セラミックリングを用いて捩り振
動子を構成したときの主要寸法を示す図である。 第７図（ａ）、（ｂ）は捩り型圧電振動子の駆動源とし
て、理想的な圧電セラミック素子の構成を示す図である
。 第８図（ａ）、（ｂ）は第７図の構成を近似的に分割方
式で実現した図で、図では円板（ａ）とリング（ｂ）に
ついて、４分割した場合について示しである。 第９図は分割電極方式によって、第１図の構成を実現す
るもので、（ａ）はリング１に対して分極用の電極２を
放射状に形成した状態を示す図で、（ｂ）は分極時の電
界の加え方と電気力線の様子を模式的に示し、（Ｃ）は
（ｂ）で分極した電極を取り去り、もとの電極間に新た
に分割電極を形成し、同一の方向のすべり振動が発生す
るように結線した様子を示す部分図である。 図中Ａ、、Ａ２．・・・、Ａｏは第１の分割電極、Ｂｌ
　＊　８２　＊　・・・２　Ｂ、、は第２の分割電極、
１０は圧電セラミック素子、１３は矢印、１．１１”、
１”’及び２，２°　２゛°　２°゛′は第１の分割電
極の対応部分、１５は矢印、１６は交流電源、１７は第
１の全面電極、１８は第２の全面電極、２１．２１−は
アルミニウム製円柱、２３は交流電源、５１．５１−は
圧電セラミックス、５２．５２−は分極軸を示す矢印、
６１は円板、６１゛はリング、６２．６２−は分極軸を
示す矢印、７１はリング、７２は分極用電極、７２ａ、
７２ｂは表裏電極群である。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．圧電セラミックリングの互いに対向する第１の面及
   び第２の面に夫々放射状に分割した複数の第１の分割電
   極及び複数の第２の分割電極を施し、前記第１の分割電
   極及び第２の分割電極間で電気力線が厚み方向に対して
   一定の傾斜角度を有するように、前記第１の分割電極及
   び第２の分割電極の組合わせを選択して、複数回に分け
   て分極処理をした後、前記複数の第１の分割電極を電気
   的に結合して第１の全面電極とするとともに、前記複数
   の第２の分割電極を電気的に結合して第２の全面電極と
   したことを特徴とする捩り型振動子用圧電セラミック素
   子。