JPS6365708A - 異方向複屈曲形振動子 - 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】 産業上の利用分野 本発明は長さ方向の電気的歪変化（長さ振動）を厚み方
向の機械的振動に転換する異方向複屈曲形振動子に関す
る。

従来技術 電圧印加によって長さ振動する圧電セラミックの特性を
利用し、長さ振動を厚み方向の機械的振動に変換するも
のとして、圧電セラミックに金属板を貼り合せた圧電バ
イモルフが知られている。

又、二枚の圧電セラミックを電圧印加時の伸縮方向が逆
方向となるように貼り合せ、一方に伸び、他方に縮みを
交互に生じさせることによっても厚み方向の機械的振動
に転換することが可またである。

何れの場合も圧電セラミックの製造においては自発分極
を持つ強誘電セラミックに、高電圧を印加し分極方向を
一方向に固定する、所謂分極処理（ポーリング処理）が
不可欠となるが、該分極処理は常に単分極処理、即ち一
個のセラミックに対して一方向の分極処理のみが考えら
れている。

発明が解決しようとする問題点 而して上記圧電セラミックは単分極構成であり、電圧印
加時の厚み方向の振動動作は単純なベンディング運動で
ある。

従って、上記圧電セラミックはベンディング運動を振動
源とする用途、例えば電気音響変換機や圧電形フィルタ
ー等の限定された用途に狭められている。

上記の如〈従来の圧電セラミック振動子は、基本的には
単なるベンディング運動による厚み方向の振動か、又は
長さ振動、或は径方向振動等の振動モードに限られてい
たが、本発明は上記圧電セラミックに異方向複圧曲性を
具有させ、圧電セラミックが厚み方向の一方に部分屈曲
すると同時に、厚み方向の他方に部分屈曲する、所謂捻
れ振動を生起させるようにした固有の振動モードを有す
る異方同視屈曲形振動子を提供せんとするものである。

これによって、従来想定されていなかった上記捻れ振動
モードを利用する新分野への圧電セラミックの用途拡張
を図り、例えば粘度検出素子等の検出用振動子としての
実用化を可使としたものである。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決する手段として、圧電セラミ
ックを正方向分極領域と負方向分極領域の複数の分極領
域に区分し、電圧印加時の正方向分極領域と負方向分極
領域とに一方では縮み、他方では伸びを交互に生ずるよ
うな複合振動モードを惹起させ、これによって圧電バイ
モルフ振動子を形成することにより、厚み方向の捻れ振
動モードを得るようにしたものである。

上記複分極圧電セラミックを使用せる圧電バイモルフ振
動子の形態としては、上記複分極に区分した圧電セラミ
ックに金属板等の振動板を貼り合せする構造、又は上記
複分極圧電セラミックを複数枚貼り合せ、各圧電セラミ
ックの正、負各分極領域を長さ振動方向が互いに逆方向
となるように対向させる貼り合せ構造等を考える。

作　　　用 本発明によれば、複分極圧電セラミックの振動モードが
、正分極領域で縮みを生じた時負分極領域で伸びを生じ
、逆に正分極領域で伸びを生じた時負分極領域で縮みを
生じ、各区分された分極領域において相反する方向の伸
縮振動モードが複合して生ずる。従って、これに貼り合
せられた振動板は縮み領域において厚み方向の一方に屈
曲し、伸び領域において厚み方向の他方に屈曲すること
となる。これを交互に生ずることにより、所謂複届曲振
動（捻れ振動）を誘起する。同様に複分極圧電セラミッ
クを上記の如き約束に従い複数枚貼り合せた場合には、
各対向する一組の分極領域においては一方では伸びを、
他方では縮みを生じ、又他の組の分極領域では一方では
縮みを、他方では伸びを生じ、前者においては厚み方向
の一方へ屈曲し、後者においては厚み方向の他方へ屈曲
することとなる。斯くして同様に複屈曲振動、即ち捻れ
振動を誘起する。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。

前記の如く圧電セラミックは強誘電セラミックに分極処
理（ポーリング処理）を施して圧電性が付与される。

分極処理は前記の如く分極方向を一方向に固定する処理
であり、その分極方向によって正電圧又は負電圧に対す
る伸び又は縮み方向（長さ振動方向）が逆方向となる。

この異なる振動モードを示す分極方向を区別するため、
図面上圧電セラミックの一方表面側に（＋）ポーリング
電極を、他方表面側に（−）ポーリング電極を有するよ
うに分極処理された領域を正方向分極領域と呼び、逆に
圧電セラミックの他方表面側に（＋）ポーリング電極を
、一方表面側に（−）ポーリング電極を有するように分
極処理された望城を負方向分極領域と呼称する。

本発明においては、貼り合せ体を形成する圧電セラミッ
クが上記正方向分極領域と負方向分極領域とに区分され
ている。該区分態様として第１図等に示すように一枚の
圧電セラミック１を分極方向が異なる複数の分極葡域に
ポーリング処理し、正方向と負方向分極領域に区分する
。

又他の区分態様として第１３図等に示すように、正方向
分極セラミック片と負方向分極セラミック片の複数片の
圧電セラミックｌを平面集合して分極パターンを形成す
る。

上記各側における分極パターンの適例として各図に示す
ように、圧電セラミック１を四象限単位に区分する。該
分極処理にて対角となる二象限に正方向分極領域Ｐ２．
Ｐ３を、他の対角となる二象限に負方向分極領域ＰＩ、
Ｐ４を形成する。該複分極圧電セラミックｌの対向せる
表面には全分極領域を覆う駆動電圧印加用の電極３，４
が施されている。

第１Ｏ図乃至第１２図又は第１３図に示すように、上記
分割形又は非分割形複分極圧電セラミックｌを金属液等
から成る振動板２に貼り合せ、振動板２の片面に正方向
分極領域Ｐ２．Ｐ３と負方向分極領域ＰＩ、Ｐ４に区分
された複分極圧電セラミック層を形成する。

上記によれば、第１１図に示すように複分極圧電セラミ
ックｌの振動モードが、正方向分極領域Ｐ２．Ｐ３で伸
びｘｉを生じた時負方向分極領域ＰＩ、Ｐ４で縮みｘ２
を生じ、逆に正方向分極領域Ｐ２．Ｐ３で縮みを生じた
時負方向分極領域Ｐｉ、Ｐ４で伸びを生じ、各区分され
た分極領域において相反する方向の伸縮振動モードが複
合して生ずる。従って、これに貼り合せられた振動板２
は縮み領域において厚み方向の一方に屈曲ｙ２し、伸び
領域において厚み方向の他方に屈曲ｙ１することとなる
。これを交互に生ずることにより、所謂複屈曲振動（捻
れ振動）２を誘起する。

又、他の実施例として第１図乃至第７図に示すように、
上記の如く外形が矩形の圧電セラミック１を四象限単位
の分極領域に区分して一方の対角となるコーナを占有す
る二象限に正方向分極領域Ｐ２．Ｐ３を、他方の対角と
なるコーナを占有する二象限に負方向分極領域ＰＩ、Ｐ
４を夫々配置し、該四分極圧電セラミックエ相互の貼り
合せ体を形成し、各四分極圧電セラミック１（Ａ）と１
（Ｂ）の各分極領域Ｐ１乃至Ｐ４を電圧印加時の長さ振
動方向が逆方向となるように対向させる。

即ち、並列接続の場合には第５図に示すように、二枚の
四分極圧電セラミック１　（Ａ）　　、　１　（Ｂ）の
正方向分極領域Ｐ２同志及びＰ３同志を対向させ、且つ
負方向分極領域Ｐ１同志及びＰ４同志を対向させ、電圧
印加方向が逆方向となるように貼り合せる。

又直列接続の場合には第６図、第７図に示すように、二
枚の四分極圧電セラミック１（Ａ）。

１（Ｂ）を一方の正方向分極領域Ｐ２．Ｐ３と他方の負
方向分極領域ＰＩ、Ｐ４とを対向させ、一方の負方向分
極領域ＰＩ、Ｐ４と他方の正方向分極領域Ｐ２．Ｐ３と
を対向させ、分極方向が逆方向となるように貼り合せる
。

四分極圧電セラミック１（Ａ）　　、　１（Ｂ）を上記
の如き約束に従い貼り合せた場合には、各対向する一組
の分極領域においては一方では伸びを、他力では縮みを
生じ、又他の組の分極領域では一方では縮みを、他方で
は伸びを生じ、前者においては厚み方向の一方へ屈曲し
、後者においては厚み方向の他方へ屈曲することとなる
。斯くして同様に複屈曲振動、即ち捻れ振動を誘起する
。

即ち、例えば第８図、第９図に示すように、−組の正方
向分極領域Ｐ２．Ｐ３において、一方の四分極圧電セラ
ミックｌ　（Ａ）が伸びＸ！を生じた時他方の四分極圧
電セラミック１（Ｂ）が縮みＸ２を生じ、従って該−組
の正方向分極領域Ｐ２　　。

Ｐ３は厚み方向の一方に屈曲ｙ１する。

他方、他の一組の負方向分極領域ＰＩ、Ｐ４において、
一方の四分極圧電セラミック１　（Ａ）が縮みｘ２を生
じた時他方の四分極圧電セラミック１（Ｂ）が伸びｘｌ
を生じ、従って該−組の負方向分極領域ＰＩ、Ｐ４は厚
み方向の他方に屈曲ｙ２する。

又第１４図、第１５図は振動板２を媒体としてその両面
に上記分割形又は非分割形複分極圧電セラミック１を貼
り合せ、上記捻れ振動子を形成した場合を示す。

上記の如く、二組の分極領域が交互に逆方向へ屈曲する
運動を繰り返すことにより、厚み方向の複屈曲振動、即
ち捻れ振動を誘起する。

上記した各実施例の単位複分極圧電セラミック１は第１
６図に示すように、同一の区分パターンから成る複分極
圧電セラミックを複層にし、これを二単位以上貼り合せ
上記異方向複屈曲形振動子を形成しても良い。

又、上記実施例においては圧電セラミックを四分極処理
した場合を示したが、該実施例に従い四分様領域の単位
を複数単位帯状に並設して上記捻れ振動を連続的に行わ
せる場合を含む。

又、圧電セラミックの分極パターンとして対角線上で部
分する栄域に正方向分極領域と負方向分極領域を形成す
る等、複数の分極領域に区分し上記実施例に示す貼り合
せ振動子を形成しても良い。

更に、圧電セラミックの外形は矩形又は帯状の他、円形
、多角形等の採用が可使である。

発明の効果 前記の如〈従来の圧電セラミック振動子は、基本的には
単なるベンディング運動による厚み方向の振動、又は長
さ振動、或は径方向振動等の振動モードに限られていた
が、本発明は貼り合せ体を形成する上記圧電セラミック
を上記の如き分極パターンに区分し振動子を形成するこ
とにより、前記の如き異方向複圧曲性を具有させ、振動
子が厚み方向の一方に部分屈曲すると同時に、厚み方向
の他方に部分屈曲する、所謂捻れ振動を生起させること
ができ、固有の捻れ振動モードを有する異方向複屈曲形
振動子を提供することができた。

これによって、従来想定されていなかった上記捻れ振動
モードを利用する新分野への圧電セラミックの用途拡張
を図り、例えば粘度検出素子等の検出用振動子等、新た
な工業的利用の展開を可飽としたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る異方自復分極圧電セラミックの実
施例を複分極圧電セラミック相互の貼り合せ体にて形成
した分解斜視図、第２図は同貼り合せ体の斜視図、第３
図は第２図Ａ−Ａ線断面図、第４図は同Ｂ−Ｂ線断面図
、第５図は同貼り合せ体の並列接続例を示す側面図、第
６図は上記複分極圧電セラミック相互の貼り合せ体にお
ける分極領域の他の対向例を示す分解斜視図、第７図は
同貼り合せ体の直列接続例を示す側面図、第８図は上記
貼り合せ体における捻れ振動を説明する斜視図、第９図
Ａ、Ｂは複分極圧電セラミックの長さ振動動作を説明す
る平面図、第１０図は複分極圧電セラミックと振動板に
て貼り合せ体を形成した実施例を示す分解斜視図、第１
１図は同貼り合せ体斜視図、第１２図は同側面図、第１
３図は複分極圧電セラミックを複数片に分割して分極区
分を形成した実施態様例を振動板との貼り合せ体を以っ
て示す斜視図、第１４図、第１５図は非分割形と分割形
の複分極圧電セラミック相互の貼り合せ体を振動板を媒
体として形成した実施態様例を示す斜視図、第１６図は
上記各実施例における複分極圧電セラミックを複層構造
にした実施態様例を示す分解斜視図である。 ■・・・複分極圧電セラミック、２・・・振動板、３゜
４・・・電極、ＰＩ、Ｐ４・・・負方向分極望城、Ｐ２
　　。 Ｐ３・・・正方向分極領域。 第５図 第６図 第７図 第１３図 第１４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電セラミックと振動板の貼り合せ体であって、
   圧電セラミックを分極方向が異なる複数の分極領域に区
   分したことを特徴とする異方向複屈曲形振動子。
2. （２）圧電セラミック相互の貼り合せ体であって、各圧
   電セラミックを分極方向が異なる複数の分極領域に区分
   し、各複分極圧電セラミックの各分極領域を電圧印加時
   の長さ振動方向が逆方向となるように対向させたことを
   特徴とする異方向複屈曲形振動子。
3. （３）上記圧電セラミックが複層構造であることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の異方向複屈曲形振動
   子。
4. （４）上記圧電セラミックを四象限単位の分極領域に区
   分して対角となる二象限に正方向分極領域を、他の対角
   となる二象限に負方向分極領域を夫々配置したことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の異方向
   複屈曲形振動子。
5. （５）上記圧電セラミックが振動板を介して相互に貼り
   合せられていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   又は第３項又は第４項記載の異方向複屈曲形振動子。