JPH07284198A - 音響振動制御材料及びこれを用いた圧電振動子 - Google Patents

音響振動制御材料及びこれを用いた圧電振動子

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JPH07284198A
JPH07284198A JP6101653A JP10165394A JPH07284198A JP H07284198 A JPH07284198 A JP H07284198A JP 6101653 A JP6101653 A JP 6101653A JP 10165394 A JP10165394 A JP 10165394A JP H07284198 A JPH07284198 A JP H07284198A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維強化複合材料の繊維方向を選ぶことで音
響振動を制御することのできる材料を提供することと、
この音響振動を制御することのできる繊維強化複合材料
を弾性体とした圧電振動子を構成し、不要な振動を抑制
できる圧電振動子を提供する。 【構成】 炭素繊維をX方向に配向させた繊維強化複合
材料11に圧電セラミック12を接着剤により接合し圧
電振動子10を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子が使用され
ている計測機、加工機および超音波モータなどの分野。
音響振動の制御が必要とされる家屋、自動車および電気
製品など。
【0002】
【従来の技術】機械振動子として電磁効果による電磁式
振動子と圧電効果による圧電振動子があるが、電磁式振
動子に比較して圧電振動子は小型化できるため、現在で
は圧電振動子が電磁式振動子に代わり広く用いられてい
る。圧電振動子の応用分野は広く、水中ソナー、魚群探
知機、探傷計、厚み計、流量計、液面計、粘度計、遅延
線、メカニカルフイルター、洗浄機、霧化機、溶接機、
切削加工機及び超音波モータなどに用いられている。図
8は、圧電振動子10の一般的な構成であり、同図に示
す圧電振動子10は、圧電セラミック1と弾性体である
リン青銅2を接着剤で接合している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の図8の圧電振動子10では、目的とする振動モード
だけを励起しようとしても、目的とする振動モードに近
い固有振動数を持つ不要な振動も発生させてしまう。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するためになされたものであり、本発明による圧電振動
子10は、圧電素子と弾性体で構成されている場合で
も、圧電素子と弾性体が一体化された請求項7の構造で
も、弾性体である複合材中に高弾性繊維を図形的に規則
性を持つ配置にすることを特徴とすることである。
【0005】請求項1に記載の発明は、上記のような問
題点を解決すために、弾性体を繊維強化複合材料で構成
することである。請求項2に記載の発明は、上記のよう
な問題点を解決するために、請求項1の繊維強化複合材
料の強化基材である高弾性繊維の引張弾性率を限定し、
音響振動制御材料としての性能を高める構成である。請
求項3に記載の発明は、上記のような問題点を解決する
ために、繊維強化複合材料の繊維方向の引張弾性率と繊
維と直交する方向の引張弾性率の比を限定し音響振動を
制御する能力を高める構成である。請求項4に記載の発
明は、上記のような問題点を解決するために、繊維強化
複合材料に使用される高弾性繊維を限定し、音響振動を
制御する能力を高める構成である。請求項5に記載の発
明は、上記のような問題点を解決するために、繊維強化
複合材料の繊維方向を選び、音響振動を制御する能力を
高める構成である。請求項6に記載の発明は、上記のよ
うな問題点を解決するために、圧電振動子の弾性体を請
求項1〜4に記載の繊維強化複合材料にし、振動を制御
するために繊維方向を請求項5に記載のようにすること
である。請求項7に記載の発明は、上記のような問題点
を解決するために、圧電振動子を、母材である樹脂が圧
電性を持つ繊維強化複合材料で構成し、請求項5に記載
の繊維方向にすることで、圧電振動子の振動を制御する
構成である。
【0006】
【作用】上記請求項1〜5に記載の構成を備えた本発明
の作用は、弾性体に繊維強化複合材料を使用して、複合
材料中の高弾性繊維方向では、音響振動を抑制し高弾性
繊維と直交する方向では音響振動を強く伝達する。この
効果を利用して音響振動を制御することができる。
【0007】上記請求項6〜7に記載の構成を備えた本
発明の作用は、圧電振動子の弾性体を請求項1〜4に記
載の繊維強化複合材料で、繊維の配置を請求項5に記載
したようにすることで不要な振動を抑制した圧電振動子
を構成できる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例1を図面により説明す
る。図1は本発明の第1実施例による斜視図である。図
1において番号11は分極された圧電セラミックであ
り、その分極方向は、図中に矢印で示した方向である。
圧電セラミックの両側には銀電極が焼き付けられてい
る。番号12は密度1.8g/cm、引張弾性率24
0GPaである強化基材の炭素繊維を1方向に配向させ
たナイロン樹脂を母材とした炭素繊維強化プラスチック
である。プラスチックとしての特性は密度1.5g/c
、繊維方向の引つ張り弾性率が120GPa,繊維
と直角方向の引っ張り弾性率が10GPaである異方性
複合材料である。番号11の圧電セラミックと番号12
の炭素繊維強化プラスチックをエポキシ系接着剤を使用
して接着一体化し圧電振動子10とした。この圧電振動
子10に配線を図中のように施し、高周波電圧を印加す
る。高周波電圧を印加すると炭素繊維強化プラスチック
の両側に配置した圧電セラミックは、同位相で伸縮振動
する。結局、この圧電振動子10はX,Y,及びZ方向
に伸縮振動が可能であり、曲げ振動は励起されることが
困難である。この図1の構造を持つ圧電振動子のアドミ
ッタンス特性をインピーダンスアナライザーにより測定
した。この結果、ほぼ88.8KHzと1.5MHz付
近に共振応答があった。この振動をインピーダンスアナ
ライザーにより求めた固有振動数で振動変位を測定した
結果、Y方向とZ方向の伸縮振動であった。次に有限要
素法により振動解析したが、X方向の1次の縦振動の共
振周波数は約54.1KHzであり、Y方向の1次の縦
振動の共振周波数は約81.2KHz、Z方向は約1.
4MHzであった。しかし、有限要素法で求めたX方向
の1次縦振動の約54.1KHzの共振周波数は、イン
ピーダンスアナライザーにより測定したアドミッタンス
特性では共振応答がその付近では存在しなっかた。また
振動変位の測定でも共振応答はなっかた。このように炭
素繊維がX方向に配向した炭素繊維強化複合材料では、
X方向の縦振動は抑制され、Y方向の振動が強く励起さ
れている。またより機械的損失の少ない圧電振動子10
を製作するため炭素繊維複合材料の弾性率を向上させる
必要がある場合、炭素繊維複合材料を熱処理して樹脂部
分を炭素化する方法もある。以上の第1実施例において
は圧電セラミックを振動源としたが、他の振動源におい
ても発明した音響振動制御材料を用いれば不要と考える
振動を抑制することができる。
【0010】次に第2実施例について説明する。第2実
施例の圧電振動子10は第1実施例の圧電振動子10と
構造、寸法は同じであるが、炭素繊維複合材料の炭素繊
維の配向方向がY方向である。この圧電振動子のアドミ
ッタンス特性をインピダンスアナライザーにより求め
た。その結果、約53.5KHz、約1.5MHzに大
きな共振応答があり、約86.5KHzに微小な共振応
答がある。振動変位を測定した結果、約53.5KHz
でX方向の振動が大きくなり,約1.5MHzでZ方向
の振動が大きくなり、Y方向の振動は約86.5KHz
でも、微小であった。このようにY方向に炭素繊維を配
向した炭素繊維複合材料13ではY方向の振動を大きく
抑制できる。以上の第1、第2実施例より複合材料の炭
素繊維の方向により振動を制御することが可能であるこ
とを明らかにしている。
【0011】第3実施例を図2を用いて説明する。図2
に示すように炭素繊維18の配向方向を水平に対して4
5度傾けた炭素繊維複合材料14に、圧電セラミック板
11をエポキシ系接着剤を用いて接着して圧電振動子1
0とした。この圧電振動子10に厚さ方向の共振周波数
に近い高周波電圧を印加した結果、炭素繊維複合材料の
上に置かれた物を左方向に移動させる。これは炭素繊維
の配向方向と直交する方向の矢印の方向に強く振動が励
起されるためと考えられる。以上に述べた第3実施例で
あれば、繊維方向により振動方向が制御できる。尚、本
発明は前記実施例に限定されるものでなく、その要旨の
範囲内において様々に変形実施が可能である。
【0012】さらに、本発明は、図3、図4に示す第4
実施例のような構造も可能である。図3は平面図、図4
は側面図である。この実施例では、円盤上の炭素繊維複
合材料において炭素繊維18の配向方向を円盤の中心を
通る直線にたいして15度傾けた。この炭素繊維複合材
料15に圧電セラミック11を接着し、圧電振動子10
とした。この圧電振動子10の径方向の広がり振動の共
振周波数の高周波電圧を印加すると繊維方向と直交する
図中の矢印方向に振動した。これは、繊維の方向により
振動モードを変換することが可能であることを示す。
【0013】第5実施例について図5を用いて説明す
る。SiC繊維を強化基材として、母材をPZT粉末を
含むエポキシ樹脂としたSiC繊維複合材料16で、S
iC繊維は単一方向に配向している。この複合材料の繊
維方向をX方向とY方向に向け順次積み上げ10層にし
た。X方向に繊維を配向させたSiC繊維複合材料を1
6A、Y方向に繊維を配向させたSiC繊維複合材料を
16Bとする。この10層積層構造の複合材料の両面に
金を蒸着して、その後直流向電圧を印加して、ポーリン
グを施した。このようにして弾性体と圧電セラミック1
1を一体化した圧電振動子10を製作した。この圧電振
動子10のアドミッタンス特性を測定した結果、Z方向
の振動が強く励振されていた。このようにXY平面の振
動を抑制し、Z方向の振動を強く励起することができる
振動制御材料を提供することができた。尚、本発明は前
記実施例に限定されるものでなく、その要旨の範囲内で
様々に変形実施が可能である。
【0014】さらに第6実施例について図6を用いて説
明する。炭素繊維複合材料製の薄板12の両側に圧電セ
ラミックス板11を接着剤により接合し、圧電バイモル
フ振動子17を製作した。圧電セラミックス板11の分
極方向は図に示す矢印方向である。また電気配線を図の
ように施しこれにバイモルフ振動子17の共振周波数の
高周波電圧を印加した。その結果、曲げ振動が強く励起
された。またアドミッタンス特性を測定したが、曲げ振
動の固有振動数での電気機械結合係数は約0.2であ
り、鉄やアルミニュウムを弾性体として使用した場合と
同等以上であった。本発明の音響振動制御材料の効果
は、繊維方向には振動を抑制されるということである
が、これは繊維長に変化がでる伸縮振動が抑制されると
いうことであると考えられる。したがって、第6実施例
のバイモルフ振動子の曲げ振動の複合材料中の繊維長は
変化しないため、抑制されることなく強く励振される。
この結果、従来の金属製バイモルフ振動子に比較して軽
量の振動子が提供できる。
【0015】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、振動を制
御する材料と、これを弾性体として使用して不要な振動
を抑制する圧電振動子を提供できる。請求項1〜5に記
載の発明では、繊維強化複合材料の繊維方向を選択する
ことで振動を制御することができる弾性体を製作でき
る。請求項6、7記載の発明では、請求項1〜5に記載
の繊維強化複合材料を弾性体として使用することで不要
振動を抑制した圧電振動子を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1、第2実施例としての圧電振動子を組み立
てた状態を示す斜視図。
【図2】第3実施例の圧電振動子を示す側面図。
【図3】第4実施例の圧電振動子を示す平面図。
【図4】第4実施例の圧電振動子を示す側面図。
【図5】第5実施例の圧電振動子を示す側面図。
【図6】第6実施例の圧電振動子を示す側面図。
【図7】従来例の圧電振動子を示す概略斜視図。
【符号の説明】
10 圧電振動子 11 炭素繊維強化複合材料製の板 12 圧電セラミック板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04R 17/00 330 C

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高弾性繊維を強化用基材とし、母材を樹脂
    とする繊維強化複合材料で、その複合材料中の繊維が音
    響振動を制御する目的で規則的に配置されている構成で
    あることを特徴とする音響振動制御材料。
  2. 【請求項2】請求項1において、高弾性繊維の引張弾性
    率が100GPa以上であることを特徴とする音響振動
    制御材料。
  3. 【請求項3】請求項1において、繊維強化複合材料の繊
    維方向の引張弾性率が繊維と直交する方向の引張弾性率
    の2倍以上であることを特徴とする音響振動制御材料。
  4. 【請求項4】請求項1において、高弾性繊維が炭素繊維
    であるか繊維を構成する元素に炭素を含むことを特徴と
    する音響振動制御材料。
  5. 【請求項5】請求項1において、繊維複合材料中の高弾
    性繊維の方向を、振動を抑制したい方向とほぼ一致さ
    せ、振動を励起したい方向と繊維方向をほぼ直交するこ
    とを特徴とする音響振動制御材料。
  6. 【請求項6】弾性体と圧電素子を接合して構成する圧電
    振動子において、その弾性体として請求項1〜4の音響
    振動制御材料を用い、圧電振動子の振動を制御する目的
    で請求項5に記載の要旨に従い、繊維強化複合材料を用
    いることを特徴とする圧電振動子。
  7. 【請求項7】請求項1〜4の音響振動制御材料におい
    て、母材を圧電性を有する圧電樹脂か圧電性を持つ物質
    を含ませた樹脂にする。かつ材料中の繊維が圧電振動子
    の振動を制御する目的で請求項5に記載の要旨に従い配
    置されていることを特徴とする圧電振動子。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2327809A (en) * 1997-07-29 1999-02-03 Eurocopter Deutschland Manufacturing a piezoelectric composite actuator
JP2002205013A (ja) * 2001-01-11 2002-07-23 Seiko Instruments Inc 複合型圧電振動部品とその製造方法
JP2002318144A (ja) * 2001-02-14 2002-10-31 Kazumasa Onishi クランプオン型超音波流量計
WO2004075753A1 (ja) * 2003-02-27 2004-09-10 Hitachi Medical Corporation 超音波探触子
US7160607B2 (en) * 2001-10-12 2007-01-09 Kurimoto, Ltd. Laminate damping base material, and damping structure with stack of this base material
US7358646B2 (en) * 2001-12-10 2008-04-15 Denso Corporation Piezoelectric actuator
JP2012015760A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Nec Corp 発振装置
US8186244B2 (en) * 2004-02-10 2012-05-29 Honda Motor Co., Ltd. Transmission casing for bicycle
KR101478683B1 (ko) * 2013-05-15 2015-01-02 한국세라믹기술원 산화 그래핀을 이용한 압전 세라믹 복합체
JP2015093012A (ja) * 2013-11-11 2015-05-18 三菱鉛筆株式会社 複合板とその製造方法
CN110548877A (zh) * 2019-08-23 2019-12-10 上海电气集团股份有限公司 一种用于气雾化制备金属粉末的复合隔热板
CN114290711A (zh) * 2021-12-20 2022-04-08 富海(东营)新材料科技有限公司 一步法实现生产连续纤维双向增强树脂的方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2327809A (en) * 1997-07-29 1999-02-03 Eurocopter Deutschland Manufacturing a piezoelectric composite actuator
GB2327809B (en) * 1997-07-29 2001-09-12 Eurocopter Deutschland Method of producing a composite structure
JP2002205013A (ja) * 2001-01-11 2002-07-23 Seiko Instruments Inc 複合型圧電振動部品とその製造方法
JP2002318144A (ja) * 2001-02-14 2002-10-31 Kazumasa Onishi クランプオン型超音波流量計
US7160607B2 (en) * 2001-10-12 2007-01-09 Kurimoto, Ltd. Laminate damping base material, and damping structure with stack of this base material
US7358646B2 (en) * 2001-12-10 2008-04-15 Denso Corporation Piezoelectric actuator
US7358650B2 (en) 2003-02-27 2008-04-15 Hitachi Medical Corporation Ultrasound probe
WO2004075753A1 (ja) * 2003-02-27 2004-09-10 Hitachi Medical Corporation 超音波探触子
US8186244B2 (en) * 2004-02-10 2012-05-29 Honda Motor Co., Ltd. Transmission casing for bicycle
JP2012015760A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Nec Corp 発振装置
KR101478683B1 (ko) * 2013-05-15 2015-01-02 한국세라믹기술원 산화 그래핀을 이용한 압전 세라믹 복합체
JP2015093012A (ja) * 2013-11-11 2015-05-18 三菱鉛筆株式会社 複合板とその製造方法
CN110548877A (zh) * 2019-08-23 2019-12-10 上海电气集团股份有限公司 一种用于气雾化制备金属粉末的复合隔热板
CN114290711A (zh) * 2021-12-20 2022-04-08 富海(东营)新材料科技有限公司 一步法实现生产连续纤维双向增强树脂的方法
CN114290711B (zh) * 2021-12-20 2024-06-07 富海(东营)新材料科技有限公司 一步法实现生产连续纤维双向增强树脂的方法

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