JP2002369556A - 電気−機械エネルギー変換素子及び振動波駆動装置 - Google Patents
電気−機械エネルギー変換素子及び振動波駆動装置Info
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- JP2002369556A JP2002369556A JP2001169398A JP2001169398A JP2002369556A JP 2002369556 A JP2002369556 A JP 2002369556A JP 2001169398 A JP2001169398 A JP 2001169398A JP 2001169398 A JP2001169398 A JP 2001169398A JP 2002369556 A JP2002369556 A JP 2002369556A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】圧電素子の圧電特性を電極、もしくは同一の電
極内で均一化できる圧電素子を提供する。 【解決手段】圧電体の表面に形成される陽電極６と陰電
極７とはλ/２のピッチで配置され、圧電体の裏面に形
成される接地用電極９を該表面の陽電極６及び陰電極７
と同じ形状に形成すると共に、同位相に設けた。
極内で均一化できる圧電素子を提供する。 【解決手段】圧電体の表面に形成される陽電極６と陰電
極７とはλ/２のピッチで配置され、圧電体の裏面に形
成される接地用電極９を該表面の陽電極６及び陰電極７
と同じ形状に形成すると共に、同位相に設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は振動体に駆動振動を
励振させることで駆動力を得る振動波モータ等の振動波
駆動装置および、前記振動体の一部を構成する電気−機
械エネルギー変換素子に係るものであり、特に分極状態
が全体として均一になるように構成された電気−機械エ
ネルギー変換素子に関するものである。
励振させることで駆動力を得る振動波モータ等の振動波
駆動装置および、前記振動体の一部を構成する電気−機
械エネルギー変換素子に係るものであり、特に分極状態
が全体として均一になるように構成された電気−機械エ
ネルギー変換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料により構成される電気−機械エ
ネルギー変換素子は種々の用途に用いられており、物体
の回転速度を検出するジャイロや、振動波モータ等の振
動波駆動装置に用いられている。
ネルギー変換素子は種々の用途に用いられており、物体
の回転速度を検出するジャイロや、振動波モータ等の振
動波駆動装置に用いられている。
【０００３】図４に示すように、振動波駆動装置に用い
られる電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子
２は、圧電材料で形成される圧電体の両面に電極を設
け、例えばリング状の金属弾性体１の片面に例えば接着
剤により固定され、この圧電素子２に電圧を供給するた
めの給電基板４と接している。反対の面には摺動部材３
が固定され、この摺動部材３を介して金属弾性体１に加
圧接触するように移動体であるロータ５が設けられてい
る。例えば給電基板４より交番信号となる電圧を加える
ことで、２つの定在波の合成により進行波を金属弾性体
１に形成し、このロータ５を相対移動させるリング状振
動波モータの振動発生源として用いられている。
られる電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子
２は、圧電材料で形成される圧電体の両面に電極を設
け、例えばリング状の金属弾性体１の片面に例えば接着
剤により固定され、この圧電素子２に電圧を供給するた
めの給電基板４と接している。反対の面には摺動部材３
が固定され、この摺動部材３を介して金属弾性体１に加
圧接触するように移動体であるロータ５が設けられてい
る。例えば給電基板４より交番信号となる電圧を加える
ことで、２つの定在波の合成により進行波を金属弾性体
１に形成し、このロータ５を相対移動させるリング状振
動波モータの振動発生源として用いられている。
【０００４】リング状振動波モータに使用される圧電素
子は、特公平１−１７３５４号公報、特開平６−２７６
７６６号公報等に記載されているように、一枚の円形板
状の圧電セラミックスの両面に電極膜を設け、一方の面
（以下、表面という）を給電基板より電気エネルギーを
入力するための陽電極（＋）、陰電極（−）とし、他方
の面（以下、裏面という）を接地用電極（グランド用）
としている。図５から図７に従来の圧電素子の電極パタ
ーンを示す。
子は、特公平１−１７３５４号公報、特開平６−２７６
７６６号公報等に記載されているように、一枚の円形板
状の圧電セラミックスの両面に電極膜を設け、一方の面
（以下、表面という）を給電基板より電気エネルギーを
入力するための陽電極（＋）、陰電極（−）とし、他方
の面（以下、裏面という）を接地用電極（グランド用）
としている。図５から図７に従来の圧電素子の電極パタ
ーンを示す。
【０００５】この圧電素子の表面の電極パターンは、圧
電セラミックスの形状に沿った円形の電極膜が、該円形
の径方向の直線を境界線として、周方向に多数の領域に
分割され、厚み方向における分極方向が隣接する電極領
域で逆向きになるように構成されている。
電セラミックスの形状に沿った円形の電極膜が、該円形
の径方向の直線を境界線として、周方向に多数の領域に
分割され、厚み方向における分極方向が隣接する電極領
域で逆向きになるように構成されている。
【０００６】図５（ａ）及び図７（ａ）に示す圧電素子
の表面は、励振される進行波の波長をλとし、λ／２ピ
ッチで交互に陽電極６と陰電極７が配置されたＡ相と、
Ａ相と同様にλ／２ピッチで交互に陽電極６と陰電極７
が配置され、Ａ相に対してλ／４位相がずれているＢ相
とから構成されている。
の表面は、励振される進行波の波長をλとし、λ／２ピ
ッチで交互に陽電極６と陰電極７が配置されたＡ相と、
Ａ相と同様にλ／２ピッチで交互に陽電極６と陰電極７
が配置され、Ａ相に対してλ／４位相がずれているＢ相
とから構成されている。
【０００７】また、図６（ａ）に示す圧電素子の表面
は、λ／４ピッチで電極が配置され、この電極をλ／２
毎に陽電極６、陰電極７とするＡ相と、Ａ相と同様にλ
／２毎に陽電極６、陰電極７とし、Ａ相の陽電極６と陰
電極７の間に配置されることによりＡ相に対してλ／４
位相がずれているＢ相とから構成されている。
は、λ／４ピッチで電極が配置され、この電極をλ／２
毎に陽電極６、陰電極７とするＡ相と、Ａ相と同様にλ
／２毎に陽電極６、陰電極７とし、Ａ相の陽電極６と陰
電極７の間に配置されることによりＡ相に対してλ／４
位相がずれているＢ相とから構成されている。
【０００８】図５（ｂ）、６（ｂ）に示す圧電素子の裏
面の電極パターンは、圧電素子の形状に沿ったリング形
で、裏面全体に係るように配置された接地用電極８から
構成されていた。
面の電極パターンは、圧電素子の形状に沿ったリング形
で、裏面全体に係るように配置された接地用電極８から
構成されていた。
【０００９】また、図７（ｂ）に示す圧電素子の裏面の
電極パターンは、圧電素子の形状に沿った円形を２つに
分割するものが設けられていた。なお、分割される数は
２つに限られるわけではなく、これに近い数に分割され
る場合もある。
電極パターンは、圧電素子の形状に沿った円形を２つに
分割するものが設けられていた。なお、分割される数は
２つに限られるわけではなく、これに近い数に分割され
る場合もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】振動波モータの電気−
機械エネルギー変換素子である圧電素子の製造方法は、
見城尚志、指田年生の共著である１９９１年２月２０日
発行の「超音波モータ入門」（総合電子出版社刊行）に
記載されている。電極パターンを銀電極焼付けまたは蒸
着成膜により形成し、次いで分極処理を施すのが一般的
な工程順序である。そのため分極処理を施す際に、形成
された電極パターンによる影響を受けてしまう。
機械エネルギー変換素子である圧電素子の製造方法は、
見城尚志、指田年生の共著である１９９１年２月２０日
発行の「超音波モータ入門」（総合電子出版社刊行）に
記載されている。電極パターンを銀電極焼付けまたは蒸
着成膜により形成し、次いで分極処理を施すのが一般的
な工程順序である。そのため分極処理を施す際に、形成
された電極パターンによる影響を受けてしまう。
【００１１】その影響を受けることにより生ずる問題点
としては、図８に示すように、分極の電界は無電極部に
は作用しないため、電極パターンの非対称性に応じた分
極電界がかかってしまうことである。つまり圧電素子の
表面と裏面とで電極パターンが均等でないため、分極後
の圧電素子の圧電特性が電極毎、もしくは同一の電極内
で不均一になってしまい、規則正しい表面波を発生させ
ることを難しくしていた。
としては、図８に示すように、分極の電界は無電極部に
は作用しないため、電極パターンの非対称性に応じた分
極電界がかかってしまうことである。つまり圧電素子の
表面と裏面とで電極パターンが均等でないため、分極後
の圧電素子の圧電特性が電極毎、もしくは同一の電極内
で不均一になってしまい、規則正しい表面波を発生させ
ることを難しくしていた。
【００１２】したがって、複数の表面波を合成させて形
成する進行波にも不均一が生じ、振動波モータの速度に
変動が生じてしまい、駆動効率を低下させる要因となっ
ていた。
成する進行波にも不均一が生じ、振動波モータの速度に
変動が生じてしまい、駆動効率を低下させる要因となっ
ていた。
【００１３】また、蒸着法で電極膜を成膜する場合には
蒸着マスクの支持部が必要となり、そのための膜欠け個
所を設ける必要があった。膜欠け個所を設けることによ
り部分的に分極の均一性を乱し、先に述べるように圧電
素子の圧電特性が不均一になってしまう。
蒸着マスクの支持部が必要となり、そのための膜欠け個
所を設ける必要があった。膜欠け個所を設けることによ
り部分的に分極の均一性を乱し、先に述べるように圧電
素子の圧電特性が不均一になってしまう。
【００１４】しかし、膜欠けを設けないとすると、蒸着
マスクの梁を浮かせる等の工夫が必要となり、蒸着マス
クを行うためのコストが高くなってしまう。
マスクの梁を浮かせる等の工夫が必要となり、蒸着マス
クを行うためのコストが高くなってしまう。
【００１５】本出願に係る発明の目的は、上記の点を改
善することにある。
善することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、圧電材料
で形成される圧電体の対向する２面に電極を設けること
により構成される電気−機械エネルギー変換素子におい
て、前記圧電体の２面に設けられる電極は、夫々複数の
電極パターンが互いに同一形状に形成されていることを
特徴とする。
で形成される圧電体の対向する２面に電極を設けること
により構成される電気−機械エネルギー変換素子におい
て、前記圧電体の２面に設けられる電極は、夫々複数の
電極パターンが互いに同一形状に形成されていることを
特徴とする。
【００１７】第２の発明は、上記第１の発明で、前記圧
電体の両面に形成される電極のうち、一方の面の電極が
グランド用として用いられることを特徴とする。
電体の両面に形成される電極のうち、一方の面の電極が
グランド用として用いられることを特徴とする。
【００１８】第３の発明は、上記第２の発明で、前記圧
電体の両面に形成される電極のうち、他方の面の電極が
分極されることを特徴とする。
電体の両面に形成される電極のうち、他方の面の電極が
分極されることを特徴とする。
【００１９】第４の発明は、圧電材料で形成される板状
の圧電体の対向する２面に複数の電極を設け、一方の面
の電極を分極用として、他方の面の電極をグランド用と
する電気−機械エネルギー変換素子において、前記分極
用の電極と、前記グランド用の電極との形状が互いに同
一であることを特徴とする。
の圧電体の対向する２面に複数の電極を設け、一方の面
の電極を分極用として、他方の面の電極をグランド用と
する電気−機械エネルギー変換素子において、前記分極
用の電極と、前記グランド用の電極との形状が互いに同
一であることを特徴とする。
【００２０】第５の発明は、圧電材料で形成される円板
状の圧電体の対向する２面に周方向に複数の領域に分割
された電極を設け、一方の面の電極を分極用として、他
方の面の電極をグランド用とする電気−機械エネルギー
変換素子において、前記分極用の電極の分割された領域
と、前記グランド用の電極の分割された領域とは、形状
が互いに同一でかつ位相も同一であることを特徴とす
る。
状の圧電体の対向する２面に周方向に複数の領域に分割
された電極を設け、一方の面の電極を分極用として、他
方の面の電極をグランド用とする電気−機械エネルギー
変換素子において、前記分極用の電極の分割された領域
と、前記グランド用の電極の分割された領域とは、形状
が互いに同一でかつ位相も同一であることを特徴とす
る。
【００２１】第６の発明は、上記いずれかの電気−機械
エネルギー変換素子を弾性体に固定して構成される振動
体と、前記弾性体に加圧接触する接触体とを有し、前記
弾性体に励振された進行波によって、前記振動体と前記
接触体とを相対移動させることを特徴とする振動波駆動
装置にある。
エネルギー変換素子を弾性体に固定して構成される振動
体と、前記弾性体に加圧接触する接触体とを有し、前記
弾性体に励振された進行波によって、前記振動体と前記
接触体とを相対移動させることを特徴とする振動波駆動
装置にある。
【００２２】第７の発明は、上記第６の発明で、前記電
気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給する給電
基板を有することを特徴とする。
気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給する給電
基板を有することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態を示す。
明の第１の実施の形態を示す。
【００２４】図１はリング状に形成した電気−機械エネ
ルギー変換素子としての圧電素子を示し、（ａ）は表面
の電極パターンを示し、（ｂ）は裏面の電極パターンを
示す。
ルギー変換素子としての圧電素子を示し、（ａ）は表面
の電極パターンを示し、（ｂ）は裏面の電極パターンを
示す。
【００２５】本実施の形態において、圧電素子の表面の
陽電極６、陰電極７のパターンは、図５（ａ）に示すよ
うに、軸中心に対して対向する位置に配置されたλ/４
と3λ/４の電極部分（図中には正、負の符号を付してい
ない）の間に、λ/２の陽電極６と陰電極７が交互に設
けられている。
陽電極６、陰電極７のパターンは、図５（ａ）に示すよ
うに、軸中心に対して対向する位置に配置されたλ/４
と3λ/４の電極部分（図中には正、負の符号を付してい
ない）の間に、λ/２の陽電極６と陰電極７が交互に設
けられている。
【００２６】一方、圧電素子の裏面には、分割された接
地用電極９が形成されていて、その各分割された接地用
電極９のパターンは、表面からこの圧電素子を見た場合
に、裏面の接地用電極９の電極パターンが表面の陽電極
６及び陰電極７を含む電極パターンと形状及び位相が同
一となるように構成されている。
地用電極９が形成されていて、その各分割された接地用
電極９のパターンは、表面からこの圧電素子を見た場合
に、裏面の接地用電極９の電極パターンが表面の陽電極
６及び陰電極７を含む電極パターンと形状及び位相が同
一となるように構成されている。
【００２７】このように、本実施の形態では、対向する
表面及び裏面の電極パターンの形状及び位相が同一であ
るため、分極の際には、図３に示すように、対向する各
電極パターン間で均一な電界がかかる。したがって、こ
の電気−機械エネルギー変換素子を従来と同様の振動波
モータ等の振動波駆動装置に用いると、圧電特性がばら
つくことなく、規則正しい進行波を発生させることが可
能となる。
表面及び裏面の電極パターンの形状及び位相が同一であ
るため、分極の際には、図３に示すように、対向する各
電極パターン間で均一な電界がかかる。したがって、こ
の電気−機械エネルギー変換素子を従来と同様の振動波
モータ等の振動波駆動装置に用いると、圧電特性がばら
つくことなく、規則正しい進行波を発生させることが可
能となる。
【００２８】したがって、振動波モータの速度変動が生
じることもなく、駆動効率を向上させることができる。
また、圧電特性を均一にした状態で圧電素子に膜欠け個
所を設けることができ、蒸着マスクを行う際のコストが
高くなってしまうこともない。
じることもなく、駆動効率を向上させることができる。
また、圧電特性を均一にした状態で圧電素子に膜欠け個
所を設けることができ、蒸着マスクを行う際のコストが
高くなってしまうこともない。
【００２９】（第２の実施の形態）図２は本発明の第２
の実施の形態を示す。
の実施の形態を示す。
【００３０】本実施の形態は、４相駆動方式の圧電素子
の電極パターンを示し、図２（ａ）に示す表面の電極パ
ターンは、λ/４のピッチで形成されている。また、こ
の圧電素子の裏面の電極パターンは、複数の分割された
接地用電極で、対向する表面の電極パターンと同位相で
同一形状に形成されている。
の電極パターンを示し、図２（ａ）に示す表面の電極パ
ターンは、λ/４のピッチで形成されている。また、こ
の圧電素子の裏面の電極パターンは、複数の分割された
接地用電極で、対向する表面の電極パターンと同位相で
同一形状に形成されている。
【００３１】なお、表面及び裏面の電極パターンは図
１、２に示したものに限られるわけではなく、対向する
表面及び裏面の電極パターンの形状及び位相が同一でさ
えあれば他の電極パターンであっても構わない。
１、２に示したものに限られるわけではなく、対向する
表面及び裏面の電極パターンの形状及び位相が同一でさ
えあれば他の電極パターンであっても構わない。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電体の表裏面に形成される複数の電極は形状が同一
で、同位相に形成されているので、分極の際には、対向
する各電極パターン間で均一な電界がかかる。したがっ
て、この電気−機械エネルギー変換素子を従来と同様の
振動波モータ等の振動波駆動装置に用いると、圧電特性
がばらつくことなく、規則正しい進行波を発生させ、滑
らかな駆動が得られる、駆動効率を向上させることがで
きる。
圧電体の表裏面に形成される複数の電極は形状が同一
で、同位相に形成されているので、分極の際には、対向
する各電極パターン間で均一な電界がかかる。したがっ
て、この電気−機械エネルギー変換素子を従来と同様の
振動波モータ等の振動波駆動装置に用いると、圧電特性
がばらつくことなく、規則正しい進行波を発生させ、滑
らかな駆動が得られる、駆動効率を向上させることがで
きる。
【００３３】また、圧電特性を均一にした状態で圧電素
子に膜欠け個所を設けることができ、蒸着マスクを行う
際のコストが高くなってしまうこともない。
子に膜欠け個所を設けることができ、蒸着マスクを行う
際のコストが高くなってしまうこともない。
【図１】本発明の第１の実施形態における圧電素子の表
裏面の電極パターンを示す図。
裏面の電極パターンを示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態における圧電素子の表
裏面の電極パターンを示す図。
裏面の電極パターンを示す図。
【図３】図１、図２の圧電素子の分極模式図。
【図４】振動波モータの断面図。
【図５】従来例１における圧電素子の表裏面の電極パタ
ーンを示す図。
ーンを示す図。
【図６】従来例２における圧電素子の表裏面の電極パタ
ーンを示す図。
ーンを示す図。
【図７】従来例３における圧電素子の表裏面の電極パタ
ーンを示す図。
ーンを示す図。
【図８】従来例における圧電素子の分極模式図。
１ 弾性体 ２ 電気−機械エネルギー変換素子 ３ 摺動材 ４ 給電基板 ５ 移動体 ６ 陽電極（＋） ７ 陰電極（−） ８，９ 接地用電極（グランド）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 卓冶 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 柳 栄一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鈴木 正晴 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 西本 義文 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 橋爪 博和 東京都目黒区中根２丁目４番19号 キヤノ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H680 AA02 AA06 BB03 BB17 CC02 CC07 DD01 DD15 DD23 DD27 DD39 DD53 DD55 DD65 DD75 DD87 EE02 EE07 EE10
Claims (7)
- 【請求項１】 圧電材料で形成される圧電体の対向する
２面に電極を設けることにより構成される電気−機械エ
ネルギー変換素子において、 前記圧電体の２面に設けられる電極は、夫々複数の電極
パターンが互いに同一形状に形成されていることを特徴
とする電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項２】 前記圧電体の両面に形成される電極のう
ち、一方の面の電極がグランド用として用いられること
を特徴とする請求項１に記載の電気−機械エネルギー変
換素子。 - 【請求項３】 前記圧電体の両面に形成される電極のう
ち、他方の面の電極が分極されることを特徴とする請求
項２に記載の電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項４】 圧電材料で形成される板状の圧電体の対
向する２面に複数の電極を設け、一方の面の電極を分極
用として、他方の面の電極をグランド用とする電気−機
械エネルギー変換素子において、 前記分極用の電極と、前記グランド用の電極との形状が
互いに同一であることを特徴とする電気−機械エネルギ
ー変換素子。 - 【請求項５】 圧電材料で形成される円板状の圧電体の
対向する２面に周方向に複数の領域に分割された電極を
設け、一方の面の電極を分極用として、他方の面の電極
をグランド用とする電気−機械エネルギー変換素子にお
いて、 前記分極用の電極の分割された領域と、前記グランド用
の電極の分割された領域とは、形状が互いに同一でかつ
位相も同一であることを特徴とする電気−機械エネルギ
ー変換素子。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載の電気
−機械エネルギー変換素子を弾性体に固定して構成され
る振動体と、前記弾性体に加圧接触する接触体とを有
し、前記弾性体に励振された進行波によって、前記振動
体と前記接触体とを相対移動させることを特徴とする振
動波駆動装置。 - 【請求項７】 前記電気−機械エネルギー変換素子に交
番信号を供給する給電基板を有することを特徴とする請
求項６に記載の振動波駆動装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001169398A JP2002369556A (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | 電気−機械エネルギー変換素子及び振動波駆動装置 |
| US10/157,826 US6943481B2 (en) | 2001-06-05 | 2002-05-31 | Vibration member and vibration wave driving apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001169398A JP2002369556A (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | 電気−機械エネルギー変換素子及び振動波駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002369556A true JP2002369556A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19011475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001169398A Pending JP2002369556A (ja) | 2001-06-05 | 2001-06-05 | 電気−機械エネルギー変換素子及び振動波駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002369556A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004254406A (ja) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Seiko Instruments Inc | 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 |
| JP2005287247A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Canon Inc | 圧電体およびその分極方法 |
| CN100424585C (zh) * | 2004-11-12 | 2008-10-08 | 乐金电子（昆山）电脑有限公司 | 便携式移动终端机的照相机模块 |
| CN111953228A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-17 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种无梁型行波马达微驱动器 |
-
2001
- 2001-06-05 JP JP2001169398A patent/JP2002369556A/ja active Pending
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