JPH08251954A - 超音波振動子 - Google Patents

超音波振動子

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JPH08251954A
JPH08251954A JP7052536A JP5253695A JPH08251954A JP H08251954 A JPH08251954 A JP H08251954A JP 7052536 A JP7052536 A JP 7052536A JP 5253695 A JP5253695 A JP 5253695A JP H08251954 A JPH08251954 A JP H08251954A
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JP
Japan
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flexible printed
ultrasonic transducer
printed circuit
circuit board
rod
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JP7052536A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Kojima
信行 小島
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フレキシブルプリント基板の切損による導通
不良を防止し、信頼性の高い棒状超音波振動子を提供す
る。 【構成】 積層圧電素子5と該積層圧電素子5の給電の
ためにフレキシブルプリント基板6とを上部振動体2と
下部振動体3との間に挟持固定してなる棒状超音波振動
子1において、該棒状超音波振動子1と外部コネクタと
の電気的接続の用途をなすフレキシブルプリント基板6
の導通部6−bの振動子付近にフレキシブル基板6の曲
げ応力に対する強度分布を制御するように切断防止手段
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば棒状超音波モー
タへの利用に適する棒状超音波振動子に係るもので特に
フレキシブルプリント基板を有する超音波振動子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の技術を示す棒状超音波振動
子1の斜視図である。棒状超音波振動子1は金属性の上
部振動体2および下部振動体3、およびこれらに挟まれ
る形で配置される積層圧電素子5、フレキシブルプリン
ト基板6を締結ボルト4により締め付け、一体構造とす
ることで構成される。振動子1の形状、積層圧電素子5
の構成、棒状超音波振動子1の励振駆動の作用等は本発
明とは関わらないので説明は略す。
【0003】図6に図1に示した従来の棒状超音波振動
子で用いられるフレキシブルプリント基板6の構成を示
す。フレキシブルプリント基板6は棒状超音波振動子1
を構成する下部振動体3と積層圧電素子5により挟ま
れ、締結挟持される挟持部6−a、不図示の導通用コネ
クタとの接続部6−c、及び挟持部6−aと接続部6−
cとの導通を行う導通部6−b、基板電極7、電気的絶
縁を行うカバーコート部8より構成される。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例のフレキシブルプリント基板の構成において、
棒状超音波振動子の組立て時、駆動時にフレキシブルプ
リント基板の振動子からの突出部において切断が生じ、
導通不良が発生した。これは棒状超音波振動子の組立て
時、駆動時に、フレキシブルプリント基板に対して面外
方向に折曲げる力が加わるために発生する。
【0005】本来ならフレキシブルプリント基板の幅を
広くして対処すべきではあるが、棒状超音波振動子の使
用環境を考慮するとフレキシブルプリント基板が他の構
造物と干渉するという問題が生じる。又、棒状超音波振
動子は電気エネルギーを機械的振動エネルギーに変換
し、機械的な出力を得る装置であり、振動エネルギーの
損失の増大は棒状超音波振動子の性能に直接関わるもの
である。フレキシブルプリント基板はベースにポリイミ
ド樹脂等比較的軟質の材料を用いており、フレキシブル
プリント基板の質量の増加は棒状超音波振動子のエネル
ギー損失の増加を生じ、この結果、振動子の性能低下を
招くので望ましいものではない。
【0006】本発明の目的は、フレキシブルプリント基
板の切損による導通不良を防止し、信頼性の高い棒状超
音波振動子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】本出願に係る
発明の目的を実現する構成は、請求項1に記載のよう
に、圧電素子と該圧電素子の給電のためのフレキシブル
基板とを2つの振動体間に挟持固定して成る超音波振動
子において、該フレキシブル基板は前記振動体間に挟持
固定される挟持部と、外部へ電気的接続される接続部
と、該挟持部と接続部との導通を行なう導通部とを有
し、該導通部の挟持部付近にフレキシブル基板の曲げ応
力に対する強度分布を制御するよう切断防止手段を設け
たことを特徴とする超音波振動子にある。
【0008】この構成によれば、フレキシブルプリント
基板の切損による導通不良を防止し、信頼性の高い例え
ば棒状超音波振動子等を提供することができる。
【0009】上記した構成の切断防止手段としては、請
求項2に記載のように、請求項1において、前記導通部
の挟持部付近において断面二次モーメントを小さくする
ような切欠部を付与することでフレキシブルに構成され
ていることを特徴とする。
【0010】この構成によれば、フレキシブルプリント
基板の撓曲耐久性、対切断性を向上させ、切損による導
通不良を防止することができる。
【0011】上記した構成の他の切断防止手段として
は、請求項3に記載のように、請求項2において、前記
切欠部と同一位置に、前記導通部を絶縁被覆するための
カバーコートの端部を位置付けして構成することもでき
る。
【0012】この構成によれば、フレキシブルプリント
基板の切欠部に応力が集中し易くなり、該切欠部に十分
な曲率をもって曲げ変形を付与することができる。
【0013】上記した構成の他の切断防止手段として
は、請求項4に記載のように、請求項1において、フレ
キシブルプリント基板の電極に対し焼鈍処理を施したこ
とを特徴とする。
【0014】この構成によれば、フレキシブルプリント
基板の電極を形成する例えば銅箔等に焼鈍を行なうこと
で、フレキシブルプリント基板の電極の切断を防止する
ことができる。
【0015】上記した構成の他の切断防止手段として
は、請求項5に記載のように、請求項1において、前記
導通部の挟持部付近においてフレキシブル基板の平面内
で折屈曲部を有することにより得られる。
【0016】この構成によれば、前記接続部にかかる変
形応力歪を導通部内だけに分散させることができる。
【0017】上記した各構成を組合せた切断防止手段と
して、請求項6に記載のように、請求項1において、前
記導通部の挟持部付近において断面二次モーメントを小
さくするような切欠部と、フレキシブル基板の平面内で
の屈曲部とを有し、該切欠部と同一位置に、前記導通部
を絶縁被覆するためのカバーコートの端部を位置付け
し、フレキシブル基板の電極の延伸率を向上させるよう
該電極に対し焼鈍処理を施して成ることを特徴とする。
【0018】この構成によれば、信頼性の高い例えば棒
状超音波振動子等を安価に提供することができる。
【0019】
【実施例】
(第1実施例)図1は本発明に係る第1実施例の棒状超
音波振動子1の分解斜視図を示すものである。棒状超音
波振動子1を構成は従来例と同一であり、説明は略す。
図2は本発明に係る第1実施例に用いるフレキシブルプ
リント基板6の平面形状を示すものである。フレキシブ
ルプリント基板6は、棒状超音波振動子1を構成する下
部振動体3と積層圧電素子5により挟まれて締結挟持さ
れる挟持部6−a、不図示の導通用コネクタとの接続部
6−c、及び挟持部6−aと接続部6−cとの導通を行
う導通部6−b、電極7、電気的絶縁を行うカバーコー
ト部8より構成される。
【0020】本実施例での振動子1は電気的に2相で駆
動され、それぞれの駆動相は独立したグランド相を持
ち、センサの用途を成すセンサ相を備えているので、外
部との電気的な接続は合計5相となる。この電気的な接
続はすべてフレキシブルプリント基板6により行われる
のでフレキシブルプリント基板6には5つの基板電極7
が形成される。ここで示した振動子1の駆動方法、ある
いは積層圧電素子5の構成等は本発明とは直接の関係を
持たないので説明は略す。
【0021】フレキシブルプリント基板6のベースはポ
リイミド樹脂で形成され、厚さは約25μmである。
【0022】フレキシブルプリント基板6の電極7は銅
箔により形成され、厚さは約35μmである。銅箔の露
出部は、銅箔の酸化を防止するためにハンダメッキが施
されている。フレキシブルプリント基板6の導通部6−
bに絶縁のためのカバーコート部8はポリイミド樹脂に
より形成され、厚さは約25μmである。フレキシブル
プリント基板6の電極7はベース材料上に接着剤により
接着されて形成されており、エポキシ系の接着剤が用い
られており厚さは平均15μmである。
【0023】棒状超音波振動子1の直径はφ10mmで
あり、フレキシブルプリント基板6の挟持部6−aの直
径もφ10mmで形成される。挟持部6−aの中心から
接続部6−cの端部までは約40mmである。導通部6
−cの幅は約3.25mmである。導通部6−cに形成
されている電極7の幅は全て約0.25mmでピッチは
約0.5mmである。
【0024】フレキシブルプリント基板6の導通部6−
bには挟持部6−aの中心より約6.2mm、つまり振
動子の側面より1.2mm離れた位置に導通部6−bの
両側面に対向する形で切欠部6−dが形成される。この
切欠部の位置での導通部6−bの幅は約2.8mmであ
る。また、導通部6−b上のカバーコート部8の端部8
−aは切欠部6−dの位置と同じとなるように形成され
る。
【0025】前記解決すべき課題の項で示した如く、フ
レキシブルプリント基板6の接続部6−cの幅や厚さを
増やすとフレキシブルプリント基板6による振動エネル
ギーの損失が増加し、振動子の性能の低下を招いてしま
う。さらに棒状超音波振動子1の使用状態を考慮する
と、フレキシブルプリント基板6の導通部6−bの幅を
上記の値以上に増やすことができない。
【0026】本実施例の振動子1では、フレキシブルプ
リント基板6に平面外方向に曲げる力を加えたとき、導
通部6−bに設けられた切欠部6−dにより断面2次モ
ーメントが小さくなるので、曲げに対する強度が他の部
分より低く、この部分がフレキシブルに曲がり易くなっ
ている。さらに、この切欠部6−dと位置を合わせるよ
うにしてカバーコート部8の端部8−aが形成されてお
り、この端部8−aの効果により切欠部6−dに応力が
集中し易い構造となっている。このため、フレキシブル
プリント基板は図3の様に十分な曲率をもって曲げ変形
を生じ、この結果フレキシブルプリント基板6の電極7
に切断の生じない、信頼性の高い棒状超音波振動子1を
提供することが可能となる。
【0027】本実施例では圧電素子として積層圧電素子
5を採用したが、これに限定されるものではなく、1枚
の板で構成される圧電素子でも構わない。また、振動子
1の形状、振動子1およびフレキシブルプリント基板6
の形状寸法は本実施例に何等限定されない。
【0028】(第2実施例)次に本発明に係る第2実施
例について説明する。第2実施例におけるフレキシブル
プリント基板6の形状は第1実施例で示した図1のもの
と同様であり、説明は略す。
【0029】従来例で生じたフレキシブルプリント基板
6の電極7の切断は観測により銅箔の延性の不足が原因
であることが確認された。フレキシブルプリント基板6
に用いられている銅箔は圧延、あるいは電解行程により
形成されるが、フレキシブルプリント基板6の形成の過
程で焼鈍は行われていない。この銅箔の延伸率は約4パ
ーセントであった。
【0030】次にフレキシブルプリント基板6を約20
0℃で焼鈍し同じく延伸率を測定したところ10パーセ
ントに向上した。このフレキシブルプリント基板6を実
施例1の場合と同様に棒状超音波振動子1に組んだとこ
ろ、フレキシブルプリント基板6の電極7に切断は発生
せず、良好な結果が得られた。
【0031】上記の構成ではフレキシブルプリント基板
6の電極7のベースへの接着にはエポキシ系の接着剤が
用いられており、銅箔に対して焼鈍を行う際の温度はこ
の接着剤の耐熱性に依存している。フレキシブルプリン
ト基板6の材料として銅箔とベースとの接着に接着剤を
用いない無接着剤基板材料を用いたとき、銅箔の焼鈍温
度は250℃まで加えられる。この結果、銅箔の延伸性
はより大きくなり、更に対切断性の良好なフレキシブル
プリント基板6を形成できる。
【0032】このように、本実施例によりフレキシブル
プリント基板6の電極7の切断の問題は解消され、信頼
性の高い棒状超音波振動子1が提供される。
【0033】また、本実施例の効果はフレキシブルプリ
ント基板6の形状に限定されない。 (第3実施例)図4は本発明に係る第3実施例のフレキ
シブルプリント基板6を示すものである。棒状超音波振
動子1の構成は第1実施例と同様であり、ここでの説明
は略す。
【0034】フレキシブルプリント基板6は導通部6−
bにおいて、挟持部6−aの中心部から約10mm離れ
た位置でほぼ90°だけ平面内において曲げられてい
る。
【0035】フレキシブルプリント基板6への変形力は
接続部6−cより加えられる。また、フレキシブルプリ
ント基板6の形状より変形に対する抗力、あるいは強度
は平面外方向よりも平面内方向のほうが大きい。図6に
示した従来例の様な形状では接続部6−cより加えられ
る変形力により、導通部6−bの挟持部6−a付近に直
接変形が生じてしまう。
【0036】本実施例の様にフレキシブルプリント基板
6を導通部6−bで水平面内に曲げた形状とすること
で、接続部6−cに加えられる変形力による歪はフレキ
シブルプリント基板6の導通部6−bに分散され、一部
分に応力が集中することを防止することでフレキシブル
プリント基板6の電極7の切断を防止することが可能と
なる。尚、第1〜第3実施例は当然組合わせ可能であ
る。
【0037】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、フレキ
シブルプリント基板の切損による導通不良を防止し、信
頼性の高い例えば棒状超音波振動子等を提供することが
できる。
【0038】請求項2に記載の発明によれば、フレキシ
ブルプリント基板の撓曲耐久性、対切断性を向上させ、
切損による導通不良を防止することができる。
【0039】請求項3に記載の発明によれば、フレキシ
ブルプリント基板の切欠部に応力が集中し易くなり、該
切欠部に十分な曲率をもって曲げ変形を付与することが
できる。
【0040】請求項4に記載の発明によれば、フレキシ
ブルプリント基板の電極を形成する例えば銅箔等に焼鈍
を行なうことで、フレキシブルプリント基板の電極の切
断を防止することができる。
【0041】請求項5に記載の発明によれば、前記接続
部にかかる変形応力歪を導通部内だけに分散させること
ができる。
【0042】請求項6に記載の発明によれば、信頼性の
高い例えば棒状超音波振動子等を安価に提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の棒状超音波振動子の分解斜視図
【図2】第1実施例で用いられるフレキシブルプリント
基板の平面図
【図3】第1実施例においてフレキシブルプリント基板
を曲げた状態を示した側面図
【図4】第3実施例で用いられるフレキシブルプリント
基板の平面図
【図5】従来例の棒状超音波振動子の全体斜視図
【図6】従来例のフレキシブルプリント基板の平面図
【図7】従来例においてフレキシブルプリント基板を曲
げた状態を示した側面図
【符号の説明】
1…棒状超音波振動子 2…上部振動体 3…下部振動体 4…締結ボルト 5…積層圧電素子 6…フレキシブル
プリント基板 7…電極 8…カバーコート

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電素子と該圧電素子の給電のためのフ
    レキシブル基板とを2つの振動体間に挟持固定して成る
    超音波振動子において、該フレキシブル基板は前記振動
    体間に挟持固定される挟持部と、外部へ電気的接続され
    る接続部と、該挟持部と接続部との導通を行なう導通部
    とを有し、該導通部の挟持部付近にフレキシブル基板の
    曲げ応力に対する強度分布を制御するよう切断防止手段
    を設けたことを特徴とする超音波振動子。
  2. 【請求項2】 請求項1において、切断防止手段は、前
    記導通部の挟持部付近において断面二次モーメントを小
    さくするような切欠部を付与することでフレキシブルに
    構成されていることを特徴とする超音波振動子。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記切欠部と同一位
    置に、前記導通部を絶縁被覆するためのカバーコートの
    端部を位置付けしたことを特徴とする超音波振動子。
  4. 【請求項4】 請求項1において、切断防止手段とし
    て、フレキシブル基板の電極に対し焼鈍処理を施したこ
    とを特徴とする超音波振動子。
  5. 【請求項5】 請求項1において、切断防止手段は、前
    記導通部の挟持部付近においてフレキシブル基板の平面
    内で折曲部を有することを特徴とする超音波振動子。
  6. 【請求項6】 請求項1において、切断防止手段は、前
    記導通部の挟持部付近において断面二次モーメントを小
    さくするような切欠部と、フレキシブル基板の平面内で
    の屈曲部とを有し、該切欠部と同一位置に、前記導通部
    を絶縁被覆するためのカバーコートの端部を位置付け
    し、フレキシブル基板の電極の延伸率を向上させるよう
    該電極に対し焼鈍処理を施して成ることを特徴とする超
    音波振動子。
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