(57)【要約】【課題】超音波発振の際の駆動を安定し、しかも、駆動電圧の周波数が変化しても、効率の急激な低下を防ぐことができる超音波振動子を提供する。【解決手段】振動により超音波を発生する板状の圧電体１と、この圧電体１の上下面にそれぞれ設けられ、この圧電体１を駆動するための電圧が加えられる電極２、３とを具備する超音波振動子において、前記少なくとも一方の電極２Ａに、少なくとも１つの開口部２Ａを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動により超音波を発生する板状の圧電体と、この圧電体の上面および下面にそれぞれ設けられ、この圧電体を駆動するための電圧が加えられる電極とを具備する超音波振動子において、
前記少なくとも一方の電極に、少なくとも１以上の開口部を設けたことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記上下面の電極は印刷によって設けられ、前記開口部は印刷の際に設けられ、電極が印刷されない領域であることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記開口部の形状は円形、楕円、長円、多角形、または線状であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波電圧により駆動される超音波振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子には、圧電体として圧電セラミックスを用いた圧電セラミックス振動子がある。このような圧電セラミックス振動子を図４に示す。図４の圧電セラミックス振動子は圧電体１０１と電極１０２、１０３とで構成されている。圧電体１０１は板状であり、圧電体１０１の上下の面の全面には電極１０２、１０３がそれぞれ設けられている。こうした圧電セラミックス振動子では、周波数が超音波振動子の共振周波数である高周波電圧が、駆動電圧として電極１０２、１０３に加えられると、圧電体１０１が振動して超音波を発生する。このとき、圧電体１０１は主に厚み方向に振動して超音波を発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の圧電セラミックス振動子には、次の問題点がある。従来の圧電セラミックス振動子に駆動電圧を加えて超音波を発生するとき、圧電体１０１の厚み方向の振動と共に、圧電体１０１の長さ方向の振動も発生する。つまり、図５の特性ｍに示すように、厚さ方向の振動によるインピーダンス変化と共に、特性ｎに示すように、長さ方向の振動によるインピーダンス変化も発生する。このために、共振周波数ｆ１０１の駆動電圧を電極１０２、１０３に加えても、特性ｎにより圧電体１０１の駆動が不安定になる。
【０００４】
また、従来の圧電セラミックス振動子は振動の鋭さを示す値Ｑが高い。つまり、共振周波数ｆ１０１におけるインピーダンスが鋭く低下する。このために、駆動電圧の周波数が共振周波数ｆ１０１から少しでも外れると、インピーダンスが急激に高くなり、効率が大幅に低下してしまう。
【０００５】
この発明は、前記の課題を解決し、超音波発振の際の駆動を安定し、しかも、駆動電圧の周波数が変化しても、効率の急激な低下を防ぐことができる超音波振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、振動により超音波を発生する板状の圧電体と、この圧電体の上面および下面にそれぞれ設けられ、この圧電体を駆動するための電圧が加えられる電極とを具備する超音波振動子において、前記少なくとも一方の電極に、少なくとも１以上の開口部を設けたことを特徴とする超音波振動子である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波振動子において、前記上下面の電極は印刷によって設けられ、前記開口部は印刷の際に設けられ、電極が印刷されない領域であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の超音波振動子において、前記開口部の形状は円形、楕円、長円、多角形、または線状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、少なくとも一方の電極に、少なくとも１以上の開口部を設けたので、電極に電圧を加えても、開口部には電界が加わらない。これにより、電極の開口部に位置する圧電体の振動を抑えて、圧電体の長さ方向の振動を抑制することができる。また、電極の開口部に位置する圧電体の振動を抑制するので、超音波振動子のＱが低下し、駆動電圧の周波数が変化しても、効率の急激な低下を防ぐことができる。
請求項２の発明によれば、印刷で電極を設ける際に、電極を印刷しない領域を開口部としたので、簡単に開口部を形成でき、また、コストを抑えて、超音波発振の際の駆動を安定し、効率の急激な低下を防ぐことができる。
請求項３の発明によれば、開口部を単純な矩形とした場合、角部にひびが生じ易いが、本発明では開口部の形状を円形、楕円、長円、多角形、および線状の中の１つとしたので、圧電体の振動の際に開口部の割れ等の発生を防ぐか低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の実施形態を示す圧電セラミックス振動子の斜視図である。この圧電セラミックス振動子の用途としては、例えばメガネの洗浄用の超音波洗浄機に用いられる。図１の圧電セラミックス振動子は、圧電体１とその上下面にそれぞれ設けられた電極２、３とを備えて構成されている。圧電体１は、板状であり、電極２、３を介して、周波数が共振周波数である駆動電圧が加えられると、主に厚み方向（矢印Ａまたはその逆方向）に振動して、超音波を発生する。
【０００９】
電極２は、印刷により圧電体１の一方の板面に設けられた金属膜である。この実施の形態では、円形の開口部２Ａが電極２に設けられている。なお、図１では、図面の複雑化を避けるために、代表的な開口部に符号を付けている。こうした開口部２Ａの面積は、圧電体１の板面の３［％］以上であり６０［％］以下であることが適切である。３［％］以下だと所望の効果が期待できないためである。また、６０［％］以上であると、圧電体１に所定の電圧を印加できず動作不良を起こすおそれがあるためである。開口部２Ａは、図２に示すように、電極が印刷されない領域、つまり、圧電体１に対する未印刷領域であり、この実施の形態では、開口部２Ａは、圧電体１の長手方向に対して規則的に並んで配置され、また、圧電体１の両端部には設けられていない。さらに、開口部２Ａの形状が円形のような弧状にしてあるので、超音波を出力するために圧電体１が振動しても、開口部２Ａのひび割れ等の発生を防ぐことができる。
【００１０】
電極３も、印刷により圧電体１の他方の板面に設けられた金属膜である。この電極３は圧電体１の他方の板面の全面に設けられている。
【００１１】
前記構成の圧電セラミックス振動子の電極２、３に周波数が共振周波数である、高周波の駆動電圧が加えられると、電極２の開口部２Ａに位置する圧電体１には、駆動電圧による電界が加えられない。したがって、開口部２Ａの下部では、圧電体１の振動が抑えられ、圧電体１の長さ方向の振動が抑制される。長さ方向の振動が抑制されると、図３に示すように、圧電体１の長さ方向の振動によるインピーダンス変化の発生を防ぐことができる。つまり、従来の超音波振動子の長さ方向の振動によるインピーダンス変化（図５に示す特性ｎ）の発生を防ぐことができる。この結果、共振周波数ｆ１の駆動電圧を、電極２と電極３との間に加えると、圧電体１の駆動を安定化することができる。
【００１２】
また、従来の圧電セラミックス振動子は、振動子の振動の鋭さを示す値Ｑが高い。つまり、共振周波数ｆ１０１におけるインピーダンスが鋭く低下する。このために、駆動電圧の周波数が共振周波数ｆ１０１から少しでも外れると、インピーダンスが鋭く高くなり、効率が急激に低下してしまう。これに対して、この実施の形態による圧電セラミックス振動子では、駆動電圧が電極２と電極３との間に加えられると、電極２の開口部２Ａの下部では、圧電体１の振動が抑えられ、圧電体１の長さ方向の振動が抑制される。この結果、図３に示すようにＱを低くすることができ、駆動電圧の周波数が変化しても、効率の急激な低下を防ぐことができる。
【００１３】
この実施の形態による超音波振動子は、例えば、前述のように洗浄器に用いられる。洗浄器には、通常、複数の超音波振動子が用いられ、従来の超音波振動子ではＱが高いので、各振動子の特性が均一でない場合や駆動電圧の周波数が共振周波数から外れると、各振動子が出力する超音波に強弱が発生し、洗浄にむらが生じる。しかし、この実施の形態による超音波振動子を洗浄に用いると、Ｑが低いので、各振動子の特性が均一でない場合や駆動電圧の周波数が共振周波数から外れても、各振動子の効率に大幅な変動がなく、各振動子が出力する超音波のレベルが大体同じであり、洗浄にむらが生じることを防ぐことができる。
【００１４】
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。たとえば、この実施の形態では、開口部２Ａが電極２に対して規則性をもって配列されているが、ランダムに配置されてもよい。また、開口部２Ａの形状は円形であったが、この他に楕円、長円、多角形、線状でもよい。これらの形状でも、圧電体の振動の際に、開口部の割れ等の発生を防ぐことができる。また、電極３には開口部を形成しなかったが、電極３に対して電極２と上下対称にまたは上下非対称に開口部を設けてもよい。また、下面側の電極３に開口部を形成し、上面側の電極２は開口部なしとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態を示す圧電セラミックス振動子の斜視図である。
【図２】図１のＩ-Ｉ断面を示す断面図である。
【図３】この実施形態による圧電セラミックス振動子の周波数―インピーダンス特性を示す図である。
【図４】従来の圧電セラミックス振動子を示す斜視図である。
【図５】従来の圧電セラミックス振動子の周波数―インピーダンス特性を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  圧電体
２、３  電極
２Ａ  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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