(57)【要約】【課題】長方形平板状の１枚の圧電セラミック基板を備える圧電素子を有する圧電デバイスを、例えば冷蔵庫のように広い面積のものに貼り付けて振動を抑制するには多数個の圧電デバイスを任意の位置に貼り付けることとなる。この場合、必要とする印加電圧量もその個数に比例して上昇することになる。【解決手段】長尺形状の複数本の圧電素子１０を、圧電素子１０の長手方向と直交する方向に隙間を空けた状態でシム板１１上に並行に接合配置する。【選択図】  図１
2006013077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック基板の一方の主面とそれと対向する他方の主面にそれぞれ電極が形成された長尺形状の複数本の圧電素子が、前記圧電素子の長手方向と直交する方向に隙間を空けた状態でシム板上に並行に接合配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記シム板の少なくとも前記圧電素子が接合配置された面は導電性を有しており、前記複数本の圧電素子の一方の主面の電極は前記シム板を介して互いに導通しており、他方の主面の電極は前記シム板とは別の導電材を介して互いに導通していることを特徴とする、請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記複数本の圧電素子も含め、前記シム板の表面と裏面が絶縁フィルムで覆われていることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記シム板の面の形状が略正方形であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動を生じる対象物の振動面に貼り付けて、その振動の方向とは逆向きの振動を発生させることで対象物の振動を低減する装置に用いられる圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、冷蔵庫、自動車のシャーシ、吸気装置のように稼動すると振動が発生するものに対し、その振動の方向とは逆向きの振動を発生させることで対象物の振動を低減する装置がある。
【０００３】
特許文献１では、吸気装置から生じる吸気音を低減するために吸気装置壁面に長方形平板状の１枚の圧電セラミック基板等を備える圧電素子を貼り付け、壁面の振動とは逆向きの振動をその圧電素子に発生させることにより両者の振動を相殺させる装置が提案されている。この装置の吸気音抑制の詳細なメカニズムを以下に説明する。
【０００４】
圧電素子は、電圧印加すると長手方向や幅方向に素子自体が伸縮する特性を持っている。このような圧電素子の主面に、例えば金属製のシム板を接合して電圧印加すると、圧電素子の伸縮の作用を受けてシム板は上下に屈曲する。特許文献１では、この原理を利用し、振動の発生元である吸気装置壁面に圧電素子を貼り付け、吸気装置壁面の振動を圧電素子が検知して制御回路を通じてそれとは逆向きの屈曲運動を発生させ、吸気装置壁面の振動を抑制することとしている。吸気装置壁面は上述のシム板に相当するものとして利用されており、この結果、吸気装置壁面の振動を原因とした吸気音が低減できるものとしている。
【特許文献１】特開平１０−３０６７５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような長方形平板状の１枚の圧電セラミック基板を備える圧電素子を、例えば冷蔵庫のように広い面積のものに貼り付けて振動を抑制するには多数個の圧電素子を任意の位置に貼り付けることとなる。この場合、必要とする印加電圧量もその個数に比例して上昇することになる。一個の圧電素子に印加する電圧量を所望するシム板の変位量を維持した上で従来より小さくできれば、振動抑制に係る全体の電力消費量が抑えられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述の課題を解決できる構造を有する圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決すべく本発明の圧電デバイスは、圧電セラミック基板の一方の主面とそれと対向する他方の主面にそれぞれ電極が形成された長尺形状の複数本の圧電素子が、前記圧電素子の長手方向と直交する方向に隙間を空けた状態でシム板上に並行に接合配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の圧電デバイスは、前記シム板の少なくとも前記圧電素子が接合配置された面は導電性を有しており、前記複数本の圧電素子の一方の主面の電極は前記シム板を介して互いに導通しており、他方の主面の電極は前記シム板とは別の導電材を介して互いに導通していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の圧電デバイスは、前記複数本の圧電素子も含め、前記シム板の表面と裏面が絶縁フィルムで覆われていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の圧電デバイスは、前記シム板の面の形状が略正方形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧電デバイスを用いれば、長尺形状の圧電素子をシム板に接合配置するため、一本一本の圧電素子は幅方向へは殆ど伸縮せず、実質長手方向のみ伸縮することになる。したがって、複数本の長尺形状の圧電素子をその長手方向と直交する方向に隙間を空けた状態で並行に接合配置されたシム板は圧電素子の幅方向へは殆ど屈曲せず、圧電素子の長手方向へのみ屈曲しようとする。所望する方向とは異なる方向での屈曲がないため、本発明の圧電素子構造を有する圧電デバイスは、長方形平板状１枚の圧電素子を有する従来の圧電デバイスよりも小さな電圧で、かつ従来と同等のシム板の変位量を維持できる。
【００１２】
また、複数本の圧電素子の電極は、シム板及びシム板とは別の導電材を介して全て導通しているため圧電素子ごとに配線する必要がなく、全ての圧電素子に同じ大きさの電圧をかけることができる。
【００１３】
また、複数本の圧電素子も含め、シム板の表面と裏面が絶縁フィルムで覆われているため使用時に水などがかかってもショートせず、安全に稼動させることができる。
【００１４】
また、シム板の面の形状を略正方形とする場合においても圧電素子の形状は長尺であるため、長方形平板状１枚の圧電素子を有する従来の圧電デバイスよりも小さな電圧で、かつ従来と同等のシム板の変位量を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施例を説明するための、圧電デバイス１の外観斜視図である。図２は、図１に示した圧電デバイス１を２点鎖線Ａ−Ａ部分で切断し、矢印Ｂの方向から見たと仮定した断面図である。圧電デバイス１は、長尺形状の圧電素子１０を複数本、その長手方向と直交する方向に隙間を空けた状態で、シム板１１上に並行に接合配置したものである。
【００１７】
この長尺形状の圧電素子１０は、ジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）を主成分とした圧電セラミック板１０ｂの一方の主面にニッケルを主成分とした電極１０ａが、対向する他方の主面に同じくニッケルを主成分とした電極１０ｃが薄膜形成されたものである。圧電素子１０は、既に厚み方向に分極処理が施されており、電極１０ａ，１０ｃに電圧を印加すると、その長手方向に伸縮するように調整されている。シム板１１は、正方形のりん青銅製の金属板であり、圧電素子１０の伸縮を阻害しない程度の厚みとなっている。圧電素子１０は、電極１０ｃ面においてシム板１１と導電性接着剤により接合されている。一方、電極１０ａ上には、全ての圧電素子１０と導通するようにニッケルの金属板１２が接合されている。この金属板１２は、圧電素子１０の屈曲運動を拘束しないよう、幅が細く厚みも薄い形状のものが用いられている。
【００１８】
このような状態で、電極１０ａ，１０ｃに電圧を印加すると、圧電素子１０全てに同じ値の電圧が印加されることになり、全ての圧電素子１０の伸縮量は実質同じとなる。本実施例においては同じ形状の複数本の圧電素子１０を、その端部とシム板１１の辺１１ａまでの乖離幅Ｃが同じとなるように揃えてシム板１１上に配置しているので、シム板１1は所望の方向に効率よく屈曲することになる。
【００１９】
図３は、電圧を印加した時の圧電素子１０とシム板１１の屈曲運動を示す模式的部分断面図である。この断面図は、図１に示すシム板１０が有する４つの辺１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのうち、辺１１ａから辺１１ｂへ向かう方向、すなわち圧電素子１０の長手方向の断面を模式的に示している。図３（ａ）は圧電素子１０が長手方向に伸び、その作用を受けてシム板１０の両端が下方向に屈曲している状態を示している。図３（ｂ）は、（ａ）とは逆に圧電素子１０が長手方向に縮み、その作用を受けてシム板１０の両端が上方向に屈曲している状態を示している。図３（ａ）（ｂ）のように、印加する電位を交互に異ならせることで上下の屈曲を連続して行なわせることができる。
【００２０】
本発明の圧電デバイス１は、従来のような長方形状の平板の圧電素子が１枚配置されているものと比較して、所望の変位量を得るために要する印加電圧が少なくて済むという効果があるものである。この理由を、既に説明した図１と図４との比較によって以下に説明する。
【００２１】
図４は、シム板１０に長方形状平板の１枚の圧電素子２０が接合された、従来の圧電デバイス２の外観斜視図であり、圧電素子の形状や個数を除けば圧電デバイス１と同じ構成である。このような形状の圧電素子２０に電圧を印加すると、その長手方向だけではなく、辺１１ｃから辺１１ｄへ向かう方向、すなわち圧電素子２０の幅方向へも屈曲運動が発生する。当然ながら、従来の圧電デバイス２でも長手方向への変位量が幅方向のそれよりも勝るように寸法設計されているが、１枚の圧電素子で構成するとシム板１１の幅、つまり辺１１ａの長さとの関係からある程度の幅が必要となる。細すぎればシム板１１の四隅にまで屈曲運動の発生を起こしにくくなるためである。よって、所望する長手方向への屈曲運動は幅方向へのそれに拘束され、ロスが生じ、所望する変位量を実現するには印加する電圧も大きくなる傾向にある。
【００２２】
一方、本発明の図１の圧電デバイス１は、上述の通り幅方向の屈曲が実質ない形状であり、長手方向への屈曲を実質拘束しない。圧電デバイス２にかける電圧よりも小さな電圧で、圧電デバイス２と同程度のシム板の変位量を実現できることになる。また、複数本を長手方向に並行に配置しているので、シム板１１の四隅にまで屈曲運動を負荷なく発生させることができる。
【実施例２】
【００２３】
図５は、本発明の第２の実施例を説明するための、圧電デバイス３の分解斜視図である。実施例１の圧電デバイス１に加えて、複数本の圧電素子１０も含め、シム板１１の表面と裏面を覆うポリイミド製の絶縁フィルム３１ａ，３１ｂが示されている。導通部分を絶縁フィルム３１ａ，３１ｂで覆えば、例えば冷蔵庫の裏面に貼り付け状態で稼動させた場合に水などがかかったとしてもショートすることなく、安全に稼動させることができる。
【００２４】
以上の実施例では、シム板は正方形としているが、その形状に限定されるものではなく、例えば円形でも長方形でも構わない。しかしながら、シム板の形状を正方形とした場合、従来の圧電素子構造の発想からは、例えば、長方形状の圧電デバイスを２つ組み合わせることで全体を正方形とする構成とすることが考えられる。これに対し、本発明の圧電素子構造を用いれば、シム板が正方形であっても、圧電素子は長尺形状であるため、１つの圧電デバイスで所望の方向への屈曲運動をロスなく行わせることができ、従来よりもより効果を発揮することができる。
【００２５】
また、貼り付ける振動発生対象物の形状に合わせて、圧電素子間の隙間に位置するシム板にスリットを設けても構わない。シム板の材料についても、りん青銅ではなくニッケルでも構わない。
【００２６】
また、圧電素子上面の電極に接合する導電材として、厚みの薄い金属箔やリード線を用いても構わず、導電材の形状に限定されるものではない。材料についてもニッケルではなくりん青銅でも構わず、材料に限定されるものではない。
【００２７】
さらに、圧電素子に形成する電極も実施例ではニッケル薄膜としているが、銀や銅などの厚膜でも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための、圧電デバイス１の外観斜視図である
【図２】圧電デバイス１の断面図である。
【図３】電圧を印加した時の圧電素子１０とシム板１１の変位を示す模式的部分断面図である。。
【図４】１枚の長方形状平板の圧電素子２０が接合された、従来の圧電デバイス２の外観斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施例を説明するための、圧電デバイス３の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１〜３      圧電デバイス
１０、２０  圧電素子
１１        シム板
１２        金属板
３１ａ、３１ｂ        絶縁フィルム
【図１】
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【図２】
2006013077.tif 000004
【図３】
2006013077.tif 000005
【図４】
2006013077.tif 000006
【図５】
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