JPS61129078A - 圧電ねじり振動子 - 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】 〔発明の利用分野および発明の目的〕 本発明は圧電振動子の改良に係り、従来実現できなかっ
た圧電ねじり振動子を提供することを目的とする。この
圧電ねじり振動子は、例えばねじり共振子に超音波ねじ
り振動子を励振する手段として応用すれば優れた超音波
ねじり振動子を実現できる。

〔従来の技術〕

従来の圧電振動子には、板状、柱状もしくは筒状の圧電
体に交番電圧を印加することにより、ねじり振動を発振
するような振動子が見当らなかった。

本発明者はこの技術欠陥を解決する口約で、複数のシア
ーモード振動子要素をリング状に積層してなり、各振動
子要素の分極の向きはリングの中心軸方向に沿って隣同
志反平行に向いている型と放射状に向いている型と２種
類あり、いずれの型も、積層面につけた電極を積層面の
１つおきに結線して２つのグループにまとめ、それぞれ
に対し電圧印加手段を設けて構成したことを特徴とする
圧電ねじり振動子を先に提案した。その圧電ねじり振動
子の複数のシアモード振動子要素は、ＪＦＩ形状である
ため、扇の側面の電極は扇の要中心を通る放射線に沿っ
て対向配置されている。このため。

電圧印加による電界強度分布は扇の要に向うに従つて強
くなり、電圧によるすべり変形は印加電界強度に比例す
るから、要に近い部分はど変形が大きくなる。

ところで、一般に円筒を軸に沿ってｎ等分にたて分割し
た各扇形要素に注目すると、円筒をねじった場合の各扇
形要素のすべり変形の大きさは円筒の中心軸からの距離
に比例するので、扇の要の部分で最も小さく、先広がり
になっている。この事実に対比すると、前述した先願の
圧電ねじり振動子における扇形振動子要素の電圧による
すべり変形は、円筒のねじり変形に必要な放射線を一定
角度まわしたようなすべり変形ではなく、不必要な変形
も含んでいることがわかる。実際の圧電振動子ではこれ
らの変形モードが干渉しあって妥協した結果ねじり振動
を発生しているものであり、干渉し合う分だけ効率が低
くなることが欠点である。

なお扇形振動要素の各側面にはそれぞれ電極がついてお
り、積層したとき積層面の電極は接触して同電位になる
ため、積層の仕方を隣り合う扇形要素の分極の向きを互
いに逆向きになるよう積層し、積層面を１つおきに短絡
し、電極的に正極性面と負極性面の２つのグループに分
けねばならないので、構成の仕方が複雑であり手数がか
かることも欠点である。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上述した従来技術の欠点を解消するもので、
すべりモードの圧電効果を示す素材つまりシアーモード
圧電体を円板、角板１円柱、角柱。

あるいは円筒、角筒、円環状、ドーナツ状など総称して
板または筒状に構成したことにより、交番電圧を印加す
ると、板または筒の中心を軸として右まわり左まわり交
互にねじったようなねじり振動が生じることを特徴とす
る圧電ねじり振動子によって目的を達成したものである
。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面に従って説明する。

実施例１ 本発明に係る圧電ねじり振動子の一実施例を第１図に示
す、第１図（ｃ）はすべりモードの圧電効果を示す素材
１′から円を外周とする扇形状圧電素子１を超音波切削
した説明図であり、ＩＩ材１′はＰ　ｂ　（Ｚ　ｒ　Ｔ
　ｉ　）Ｏｙｓ系圧電セラミックからなる厚さ５　ｍｍ
、　＠　２０　ｍｍ、長さ６０ｍｍの短形板を帽２（ｌ
ｓ＋ｓに沿って分極処理したもので、分極４は長さと垂
直な幅方向を向いている６ 扇形状のシアーモード圧電素子ｌを第１図（ａ）に示す
ようにドーナツ円板もしくは円筒状に配列し、接合部を
エポキシ系接着剤で固定することにより、外径３０ＩＩ
ＩＩＩ＋、内径１５ｍｍ、厚さ５１嘗の円環または円筒
を作った。この円環の上面と下面には第１図（ｂ）で示
すように電極２および３を施し。

これら電［ｉ２．３にはそれぞれリード線７および８を
接続した。

リード線７および８の間に電圧を印加すると。

８個の扇形圧電素子ｌにはすべて同時に同じ向きのすべ
り変形が生じる。−これはすべての態形圧電素子Ｉの分
極の向き４を第１図（ａ）に示すように円筒の中心に対
する同心円の接続に沿って中心を回わる向きに揃えたた
めであり、その結果電圧印加に伴う各扇形圧電素子のシ
ア変形は合成され。

電極２および３を互に逆向きにすべらせたようなねじり
変形となり、したがって交番電圧を印加するとねじり振
動を生じる。

これが本発明になる圧電ねじり振動子の一実施例であり
、シアーモードの圧電効果を示す素材をシア変形が中心
軸を取り囲むような板または往あるいは筒状に構成する
ことが本発明の主要点である。つぎに本発明に係る圧電
ねじり振動子の別の実施例を示す。

実施例２ すべりモードの圧電効果を示す厚さ１０■、帽１６Ｉｌ
ｌＩ、長さ４０ｍ５の短形板を幅方向に分極した圧電セ
ラミック赦を、第２図（ｃ）に示す如く８等分した三角
柱２１の１６個を第２図（ａ）に示したように分極２４
の向きを中心に対する同心円の接線に沿って中心を回わ
る向きに揃えて、六角形板もしくは八角柱状に接着した
。その上、下面に第２図（ｂ）に示したように電極２２
および２４を施し、リード線２７．２８をそれぞれ接続
した。

リード線２７と２８の間に電圧を印加すると、１６個の
三角柱２１はそれぞれ点線２１′で示したようなシアー
変形をする結果、上面と下面とが互に逆向きのすべり変
形を受け、六角形板全体としては、中心軸のまわりのね
じり変形を生じることになる。印加電圧が交番電圧の場
合は、へ角形板にねじり振動が発生し、圧電ねじり振動
子として機能する。すなわち、交番電圧を印加すると。

その周波数に応じたねじり振動を発生する圧電振動子を
実現できたのである。

なお４本発明において一定方向に分極した圧電セラミッ
ク板は、前述のように円筒または多角柱を８等分したも
のにかかわらず４〜１６分割したものであってもよい、
４分割以下とする場合には。

回転方向へのねじり変形が十分でなく、この分解数が多
くなる程その効率は増加するが、一方、製造が困難とな
るので１６分割以下が好ましく、８〜１２分割が最適で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、すべりモードの圧電効果
を示す素材を円または多角形を外周とする板または筒状
に構成したことにより、交番電圧を印加するとねじり振
動が生じることを特徴とするものである。従って本発明
の圧電ねじり振動子は、他のモードとカップルすること
なしに単純にねじりモードの振動を効率よく発生するこ
とができた。すなわちねじり振動をしている円筒の面を
観察すると、振動に伴う変形は単純なシアーモードの辷
り変形であることがわかるが、このようなモードで振動
する圧電振動子を提供することができたのである。した
がって圧電体だけで直接ねじり振動を発生でき、振動発
生効率が高く２振動子としての特性が優九でいる効果が
ある。

さらに１例えばねじり共振子と組み合わせ、超音波ねじ
り振動を励振する手段に応用す九ば、特性の優れた超音
波振動子を簡単に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電ねじり振動子の一実施例を示
す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（Ｃ）
は製造プロセス説明図、第２図は本発明に係る圧電ねじ
り振動子の別の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図
、（ｂ）は正面図、（Ｃ）は製造プロセス説明図である
。 １・・・・・・扇状圧電素子、２，３・・・・・・電極
。 第１図 ｆσノ ２．３：電精

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、すべりモードの圧電効果を示す素材を円または多角
   形を外周とする板または柱あるいは筒状に構成したこと
   により、交番電圧を印加するとねじり振動が生じること
   を特徴とする圧電ねじり振動子。 ２、特許請求の範囲第１項記載の圧電ねじり振動子にお
   いて、前記素材の分極の向きを板または筒の中心に対す
   る同心円の接線に沿つて中心を回わる向きに揃え、板ま
   たは筒の上下面にそれぞれ電極を施したことを特徴とす
   る圧電ねじり振動子。