JPH06314948A - 圧電振動子 - Google Patents

圧電振動子

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JPH06314948A
JPH06314948A JP12548593A JP12548593A JPH06314948A JP H06314948 A JPH06314948 A JP H06314948A JP 12548593 A JP12548593 A JP 12548593A JP 12548593 A JP12548593 A JP 12548593A JP H06314948 A JPH06314948 A JP H06314948A
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JP
Japan
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vibrating body
piezoelectric
vibrator
piezoelectric vibrator
piezoelectric elements
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Application number
JP12548593A
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English (en)
Inventor
Takeshi Nakamura
村 武 中
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/521,421 priority patent/US5629483A/en
Priority to US08/521,443 priority patent/US5681994A/en
Priority to US08/521,426 priority patent/US5652385A/en
Priority to US08/747,247 priority patent/US5824903A/en
Priority to US08/796,496 priority patent/US5773916A/en
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 支持が容易で、振動漏れが少なく、しかも外
部からの影響を受けにくい圧電振動子を得る。 【構成】 圧電振動子10は、矩形板状の振動体12を
含む。振動体12の両面に、圧電素子14a,14b,
14c,14dを形成する。圧電素子14a,14b
は、たとえば外側から振動体12側に向かって分極させ
る。また、圧電素子14c,14dは、振動体12側か
ら外側に向かって分極させる。そして、圧電素子14a
〜14dに同位相の駆動信号を印加することによって、
振動体12の中央部の両側で、伸びと縮みとが逆となる
ように振動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は圧電振動子に関し、特
にたとえば、発振子,フィルタ,センサなどに利用され
る圧電振動子に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電効果を利用した圧電振動子として
は、たとえば恒弾性金属材料で形成された振動体の表面
に圧電素子を形成したものがある。このような圧電振動
子の振動モードとしては、たとえば屈曲振動,厚み振
動,ねじれ振動,長さ振動などの振動モードが代表的で
ある。このような圧電振動子は、たとえば発振子,フィ
ルタ,各種センサなどに使用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電振動子では、小型化するにしたがって、支持方法が
難しくなる。また、圧電振動子の支持部から振動が漏れ
やすく、このような振動漏れにより振動子の特性が劣化
してしまう。さらに、外部からの力により圧電振動子の
支持部に何らかの変位または変形がおこると、振動子の
特性が大きく変化してしまう。
【0004】それゆえに、この発明の主たる目的は、支
持が容易で、振動漏れが少なく、しかも外部からの影響
を受けにくい圧電振動子を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、振動体と、
振動体上に形成される圧電素子とを含み、圧電素子の圧
電効果を利用して振動体を振動させる圧電振動子におい
て、振動体はその振動体内で部分的に伸びと縮みとが同
時に発生するような振動をすることを特徴とする、圧電
振動子である。また、この発明は、圧電体で形成された
振動体と、振動体上に形成される電極とを含み、振動体
の圧電効果を利用して振動体を振動させる圧電振動子に
おいて、振動体はその振動体内で部分的に伸びと縮みと
が同時に発生するような振動をすることを特徴とする、
圧電振動子である。上述の圧電振動子において、振動体
の振動方向における全長が変化しないことが望ましい。
【0006】
【作用】振動体は部分的に伸びと縮みとが同時に発生す
るような振動をすることによって、振動体は振動してい
るにもかかわらず、全体のサイズは変化しない圧電振動
子が得られる。
【0007】
【発明の効果】この発明によれば、振動体の振動を利用
して、この圧電振動子を従来の振動子と同様の使用法で
使用することができる。しかも、振動体の全体のサイズ
は変化しないため、この振動による変位のない部分で支
持が容易であり、振動漏れも大幅に減少させることがで
きる。さらに、振動体の変位のない部分で支持すれば、
外部からの力などによる振動への影響が少なく、安定し
た特性を有する圧電振動子を得ることができる。
【0008】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【0009】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図2はその断面図である。圧電振動子10は、たと
えば平板状の振動体12を含む。振動体12は、たとえ
ばエリンバ,鉄−ニッケル合金,石英,ガラス,水晶,
セラミックなど、一般的に機械的な振動を生じる材料で
形成される。そして、たとえば振動体12の両端部が支
持される。
【0010】振動体12の対向する面には、圧電素子1
4a,14b,14cおよび14dが形成される。圧電
素子14a,14bは、振動体12の長さ方向の中央部
の一方側において、互いに対向するように形成される。
また、圧電素子14c,14dは、振動体12の長さ方
向の中央部の他方側において、互いに対向するように形
成される。圧電素子14aは、たとえば圧電セラミック
などで形成された圧電板16aを含む。この圧電板16
aの両面に、電極18a,20aが形成される。そし
て、一方の電極20aが、振動体12に接着される。同
様に、圧電素子14b,14c,14dは、それぞれ圧
電板16b,16c,16dを含む。これらの圧電板1
6b,16c,16dの両面には、電極18b,20
b、電極18c,20cおよび電極18d,20dが形
成される。そして、これらの圧電素子14b,14c,
14dの一方の電極20b,20c,20dが、振動体
12に接着される。この実施例では、圧電板16a,1
6bは外側から振動体12側に向かって分極させられ、
圧電板16c,16dは振動体12側から外側に向かっ
て分極させられる。
【0011】この圧電振動子10を振動させるには、図
3に示すように、圧電素子14a〜14dに発振回路2
2が接続される。この発振回路22から、圧電素子14
a〜14dに同位相の駆動信号が印加される。圧電素子
14a,14bは振動体12を挟んで対向するように形
成され、また圧電素子14c,14dも振動体12を挟
んで対向するように形成されている。したがって、圧電
素子14a〜14dに駆動信号を印加することによっ
て、振動体12は長さ方向に振動する。また、圧電素子
14a,14bと圧電素子14c,14dとは逆方向に
分極しているため、図4(A)〜図4(E)に示すよう
に、振動体12の中央部の一方側が伸びるとき、他方側
は収縮する。また、振動体12の中央部の一方側が収縮
するとき、他方側は伸びる。したがって、振動体12が
振動しているときも、その両端部は変位しない。そし
て、振動体12の長さをL,密度をρ,ヤング率をEと
すると、共振周波数fは次式で表される。
【0012】
【数1】
【0013】この圧電振動子10の位相およびインピー
ダンスの周波数特性が、図5に示される。図5からわか
るように、この圧電振動子10はきれいな共振特性を示
しており、共振子として十分使用することができる。ま
た、振動体12が振動しているときも、伸びる部分と収
縮する部分とが存在するため、両端部の変位が吸収され
る。そのため、振動体12の全長は変化せず、振動体1
2の両端で支持すれば、振動体12の支持部からの振動
漏れが少なくなる。さらに、外部からの力が支持部に加
わっても、支持部は変位していないため、振動体12の
振動に影響を及ぼしにくくなる。
【0014】この圧電振動子10では、数1に示す式か
らわかるように、振動体12の全長を調整することによ
って、共振周波数を調整することができる。たとえば、
振動体12の両端を削って、振動体12の全長を短くす
れば、共振周波数を高くすることができる。また、図6
に示すように、振動体12の中央部などに幅方向に延び
る溝30を形成すれば、振動体12の表面長さを長くす
ることができ、共振周波数を低くすることができる。
【0015】上述の実施例では、圧電素子14a,14
bと圧電素子14c,14dとを逆方向に分極したが、
全ての圧電素子14a〜14dを同じ方向に分極しても
よい。つまり、圧電素子14a〜14dを外側から振動
体12側に向かって分極してもよいし、振動体12側か
ら外側に向かって分極してもよい。この場合、圧電素子
14a,14bと圧電素子14c,14dに逆位相の駆
動信号を印加すれば、振動体12の中央部の両側で、延
びと縮みとが逆になるような振動をさせることができ
る。
【0016】また、図7に示すように、振動体12の両
面に2つの圧電素子32,34を形成してもよい。圧電
素子32は1枚の圧電板36を含む。そして、圧電板3
6の一方面に2つの電極38a,38bが形成され、他
方面の全面に電極40が形成される。そして、電極40
が、振動体12に接着される。同様に、圧電素子34は
1枚の圧電板42を含み、その両面に電極44a,44
bおよび電極46が形成される。そして、電極46が、
振動体12に接着される。これらの圧電素子32,34
では、圧電板36,42は、たとえば外側から振動体1
2側に向かって分極されられる。そして、図7に示すよ
うな回路で駆動信号を極性反転し、電極38a,44a
に印加される駆動信号と電極38b,44bに印加され
る駆動信号とを逆位相にすればよい。もちろん、このよ
うな回路を用いる場合、圧電板36,42は、振動体1
2側から外側に向かって分極させてもよい。なお、上述
の各実施例に示す圧電振動子10では、必ずしも振動体
12の両端で支持する必要はなく、たとえば振動体12
の両端から約1/4の部分で支持してもよい。この部分
も変位がほとんどなく、支持部からの振動漏れを防ぐこ
とができる。
【0017】また、圧電素子の数は4つに限らず、たと
えば図8に示すように、6つの圧電素子50a,50
b,50c,50d,50e,50fを形成してもよ
い。ここで、圧電素子50c,50dは振動体12の中
央部で対向するように形成され、圧電素子50a,50
bおよび圧電素子50e,50fは圧電素子50c,5
0dの両側で対向するように形成される。そして、圧電
素子50c,50dの振動方向の長さは、圧電素子50
a,50b,50e,50fの振動方向の長さの約2倍
となるように形成される。この圧電振動子10では、た
とえば圧電素子50a,50b,50e,50fは外側
から振動体12側に向かって分極させられ、圧電素子5
0c,50dは振動体12側から外側に向かって分極さ
せられる。もちろん、各圧電素子50a〜50fの分極
方向は、逆であってもよい。
【0018】これらの圧電素子50a〜50fに同位相
の駆動信号を印加すると、図8の矢印に示すように、振
動体12の両端から約1/4の部分の両側で、延びと縮
みとが逆となるように振動する。このような圧電振動子
10でも、振動体12の両端または中央部の位置で支持
することができ、しかも振動漏れを防止することができ
る。この圧電振動子10では、図1に示す圧電振動子に
比べて、重心の移動に伴う反動を打ち消すことができ
る。もちろん、全ての圧電素子50a〜50fを同じ方
向に分極し、圧電素子50a,50b,50e,50f
に印加する駆動信号と圧電素子50c,50dに印加す
る駆動信号とを逆位相にしてもよい。
【0019】なお、上述の各実施例では、矩形板状の振
動体12を使用したが、多角柱状または円柱状などの振
動体を使用し、その側面に対向するように圧電素子を形
成してもよい。また、図9に示すように、円板状の振動
体12を使用することもできる。この場合、圧電素子1
4a〜14dは、同心円状に形成される。そして、圧電
素子14a,14bは振動体12を挟んで対向するよう
に形成され、圧電素子14c,14dも振動体12を挟
んで対向するように形成される。この圧電振動子10で
は、図10に示すように、径方向に振動する。そして、
振動体12の径方向の中間部の両側で、延びと縮みとが
逆になるように振動する。したがって、振動体12の外
周部は変位せず、振動体12の外周部で支持することが
できる。このように、振動体12の形状としては、板状
や柱状など、さまざまな形状のものを使用することがで
きる。
【0020】また、上述の各実施例において、振動体1
2を圧電セラミックで形成してもよい。この場合、上述
の各実施例と同様の位置に、電極が形成される。そし
て、これらの電極に駆動信号を印加することによって、
伸びと縮みとが同時に発生するように振動体12を振動
させることができる。
【0021】この発明の圧電振動子では、振動体12を
マイクロマシニング,エッチング,プレス成形などで製
造することができ、生産性の良好な圧電振動子を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す斜視図である。
【図2】図1に示す圧電振動子の断面図である。
【図3】図1に示す圧電振動子を駆動するための回路図
である。
【図4】(A)〜(E)は図1に示す圧電振動子の振動
状態を示す図解図である。
【図5】図1に示す圧電振動子の共振特性を示すグラフ
である。
【図6】図1に示す圧電振動子の共振周波数を調整した
ときの状態を示す斜視図である。
【図7】図1に示す圧電振動子の変形例とそれを駆動す
るための回路とを示す図解図である。
【図8】この発明の他の実施例を示す図解図である。
【図9】この発明のさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。
【図10】図9に示す圧電振動子の振動状態を示す図解
図である。
【符号の説明】
10 圧電振動子 12 振動体 14a〜14d 圧電素子 22 発振回路 30 溝 32 圧電素子 34 圧電素子 50a〜50f 圧電素子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動体と、前記振動体上に形成される圧
    電素子とを含み、前記圧電素子の圧電効果を利用して前
    記振動体を振動させる圧電振動子において、 前記振動体はその振動体内で部分的に伸びと縮みとが同
    時に発生するような振動をすることを特徴とする、圧電
    振動子。
  2. 【請求項2】 圧電体で形成された振動体と、前記振動
    体上に形成される電極とを含み、前記振動体の圧電効果
    を利用して前記振動体を振動させる圧電振動子におい
    て、 前記振動体はその振動体内で部分的に伸びと縮みとが同
    時に発生するような振動をすることを特徴とする、圧電
    振動子。
  3. 【請求項3】 前記振動体の振動方向における全長が変
    化しないことを特徴とする、請求項1または請求項2の
    圧電振動子。
JP12548593A 1993-03-01 1993-04-28 圧電振動子 Pending JPH06314948A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0764850A1 (en) * 1995-09-11 1997-03-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Acceleration sensor
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