JP2003033055A - Piezoelectric converting element and device using it - Google Patents

Piezoelectric converting element and device using it

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JP2003033055A
JP2003033055A JP2001207729A JP2001207729A JP2003033055A JP 2003033055 A JP2003033055 A JP 2003033055A JP 2001207729 A JP2001207729 A JP 2001207729A JP 2001207729 A JP2001207729 A JP 2001207729A JP 2003033055 A JP2003033055 A JP 2003033055A
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Japan
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piezoelectric
electrode
conversion element
divided
strip
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Japanese (ja)
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Ryuichi Yoshida
龍一 吉田
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient piezoelectric converting element which can be oscillated in various oscillation modes, and a device such as an actuator or the like using this piezoelectric converting element. SOLUTION: A band-shaped electrode 2 is made at roughly half of the surface of the piezoelectric element using piezoelectric ceramics, and a flat electrode 13 is made at roughly half of the rear, and it is folded in two and is rolled up into a columnar body. The end face of the columnar body is divided into a plurality of regions 16a-16d in circumferential direction, divided terminals A1-A4 are connected to the plural band-shaped electrodes 12 belonging to each divided region, and grounding electrode terminals G are connected to the flat electrode 13. Thus, a piezoelectric converting element which is equipped with the plural band-shaped electrodes 12 in the circumferential direction of the columnar body, that is, a piezoelectric converting element 20 with circumferentially divided electrode is completed. When AC voltage is applied selectively to the divided electrode, elastic oscillation in axial direction shown by an axis I, bending oscillation within a plane X, a plane Y, and a plane Z including the axis I, elliptic oscillation, etc., occur in the element 20, and it is applicable to a piezoelectric oscillation gyro oscillator, an actuator, etc.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電変換素子及
びそれを使用したアクチエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric conversion element and an actuator using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電変換素子に振動用の電極を形成し、
この電極に交流電圧を印加して圧電変換素子に屈曲振動
や楕円振動を発生させる圧電振動ジャイロ振動子や、こ
の振動子に発生する屈曲振動を応用して回転角速度を検
出する角速度検出器や、この振動子に発生する楕円振動
を応用して被駆動体を駆動する圧電振動アクチエータが
知られている。
2. Description of the Related Art An electrode for vibration is formed on a piezoelectric conversion element,
A piezoelectric vibrating gyro oscillator that applies bending voltage or elliptical vibration to a piezoelectric conversion element by applying an AC voltage to this electrode, or an angular velocity detector that detects the rotational angular velocity by applying the bending vibration generated in this oscillator, There is known a piezoelectric vibration actuator that drives a driven body by applying elliptical vibration generated in the vibrator.

【0003】例えば、特開平8−43110号公報に
は、圧電セラミックスからなる柱状体の圧電変換素子の
表面に、その軸方向に沿って複数の帯状の振動用電極を
形成して圧電振動ジャイロ振動子を構成し、その電極に
交流電圧を印加して圧電変換素子に屈曲振動を発生さ
せ、屈曲振動に基づいて発生するコリオリの力により圧
電変換素子の電極に発生する電圧信号から、物体の回転
角速度を検出するものが開示されている。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-43110, a piezoelectric vibrating gyro vibration is formed by forming a plurality of strip-shaped vibrating electrodes along the axial direction on the surface of a piezoelectric transducer having a columnar body made of piezoelectric ceramics. A child element is configured to apply an AC voltage to its electrodes to generate bending vibration in the piezoelectric conversion element, and the Coriolis force generated based on the bending vibration causes the voltage signal generated in the electrode of the piezoelectric conversion element to rotate the object. What detects an angular velocity is disclosed.

【0004】また、このような圧電振動ジャイロ振動子
にロータを圧接させておき、振動子に交流電圧を印加し
て発生する楕円振動によりロータを回転させ、被駆動体
を駆動する圧電振動ジャイロアクチエータ等が知られて
いる。
A rotor is pressed against such a piezoelectric vibrating gyro oscillator, and the rotor is rotated by elliptic vibration generated by applying an AC voltage to the oscillator, thereby driving the driven body. Eta etc. are known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の圧電振動ジャイ
ロ振動子は、単純な角状の振動子であるために、たわみ
振動を発生させにくいものであり、また、回転角速度を
検出する検出器として使用するものも、電極から出力さ
れる信号が微弱であって、信号対雑音比(S/N比)の
悪いものであった。
Since the conventional piezoelectric vibrating gyro oscillator is a simple angular oscillator, it is difficult to generate flexural vibration, and also as a detector for detecting a rotational angular velocity. The signals used from the electrodes used were also weak, and the signal-to-noise ratio (S / N ratio) was poor.

【0006】また、圧電振動ジャイロアクチエータに使
用する圧電変換素子は単層のものであるために、高出力
を得ることができないという不都合があった。
Further, since the piezoelectric transducer used in the piezoelectric vibrating gyroactuator is of a single layer, there is a disadvantage that a high output cannot be obtained.

【0007】S/N比の改善や、高出力を得るための対
策としては、圧電振動ジャイロ振動子を構成する圧電素
子を可能な限り薄くして多数枚を積層した積層型の圧電
変換素子を使用することにより解決されるが、一方、こ
のような積層型の圧電変換素子は屈曲振動モードでの振
動を発生させることが容易でないため、積層型の圧電変
換素子は圧電振動ジャイロ振動子として使用するには適
当でないものとされてきた。
As a measure for improving the S / N ratio and obtaining a high output, a laminated piezoelectric conversion element in which a plurality of piezoelectric elements constituting a piezoelectric vibrating gyro oscillator are made as thin as possible is laminated. Although it can be solved by using it, on the other hand, since such a laminated piezoelectric conversion element does not easily generate vibration in the bending vibration mode, the laminated piezoelectric conversion element is used as a piezoelectric vibration gyro oscillator. It has been deemed unsuitable to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するもので、請求項1の発明は、セラミックス系圧電
材料からなるシート状の圧電素子を複数の帯状電極と全
面電極とで挟むようにして積層して捲上げ、柱状体又は
筒状体に形成したことを特徴とする圧電変換素子であ
る。
The present invention achieves the above object. According to the invention of claim 1, a sheet-shaped piezoelectric element made of a ceramic-based piezoelectric material is sandwiched between a plurality of strip electrodes and a full-scale electrode. The piezoelectric conversion element is characterized in that it is laminated and rolled up to form a columnar body or a cylindrical body.

【0009】そして、前記柱状体又は筒状体はその周方
向に沿って少くとも2以上の複数領域に分割され、前記
複数の帯状電極は前記複数領域に分割されたいずれかの
分割領域の1つに属するように構成される。
The columnar body or tubular body is divided into at least two or more regions along the circumferential direction thereof, and the plurality of strip electrodes are divided into one of the divided regions. Configured to belong to one.

【0010】また、前記複数の帯状電極の端部は前記柱
状体又は筒状体の中心軸方向の一方の端面に露出させ、
前記全面電極の端部は前記複数の帯状電極が露出した端
面とは反対方向の端面に露出させる。
The end portions of the plurality of strip electrodes are exposed on one end surface of the columnar body or the cylindrical body in the central axis direction,
The end portion of the whole surface electrode is exposed on the end surface in the direction opposite to the end surface on which the plurality of strip electrodes are exposed.

【0011】そして、前記複数の分割領域には、それぞ
れの分割領域に属する帯状電極へ給電する共通の給電端
子が設けられ、該給電端子は前記柱状体又は筒状体の端
面に露出している帯状電極の端部に接続される。
A common power supply terminal for supplying power to the strip electrodes belonging to each of the divided areas is provided in each of the plurality of divided areas, and the power supply terminal is exposed at the end surface of the columnar body or the cylindrical body. It is connected to the end of the strip electrode.

【0012】前記複数の帯状電極は、前記柱状体又は筒
状体の軸方向に平行に配置されている。
The plurality of strip electrodes are arranged parallel to the axial direction of the columnar body or the cylindrical body.

【0013】このほか、前記複数の帯状電極は、前記柱
状体又は筒状体の軸方向に対し傾斜して配置してもよ
い。
In addition, the plurality of strip electrodes may be arranged so as to be inclined with respect to the axial direction of the columnar body or the cylindrical body.

【0014】さらに、前記複数の帯状電極は、少くとも
2以上の群に分割され、分割された1つの群に属する帯
状電極と他の群に属する帯状電極とは、前記柱状体又は
筒状体の軸方向に対して異なる角度で傾斜して配置して
もよい。
Further, the plurality of strip electrodes are divided into at least two or more groups, and the strip electrodes belonging to one group and the strip electrodes belonging to the other group are the columnar body or the tubular body. You may incline and arrange | position at different angles with respect to the axial direction of.

【0015】請求項8の発明は、セラミックス系圧電材
料からなるシート状の圧電素子を複数の帯状電極と全面
電極とで挟むようにして積層して捲上げ、柱状体又は筒
状体に形成した圧電変換素子を使用した圧電振動子であ
って、前記柱状体又は筒状体はその周方向に沿って少く
とも2以上の複数領域に分割され、前記複数の帯状電極
は前記複数領域に分割されたいずれかの分割領域の1つ
に属するように構成され、前記分割された一部の領域に
属する帯状電極又は全領域の帯状電極と全面電極との間
に選択的に電圧を印加して励振することにより、前記圧
電変換素子に伸縮モード振動、屈曲モード振動、又は楕
円モード振動を発生させることを特徴とする複数の振動
モードで振動可能な圧電振動子である。
According to an eighth aspect of the present invention, a sheet-shaped piezoelectric element made of a ceramic-based piezoelectric material is laminated and wound so as to be sandwiched between a plurality of strip electrodes and a whole surface electrode, and is rolled up to form a columnar body or a cylindrical body. A piezoelectric vibrator using an element, wherein the columnar body or the tubular body is divided into at least two or more regions along its circumferential direction, and the plurality of strip electrodes are divided into the plurality of regions. And applying a voltage selectively between a strip electrode or a strip electrode of the whole region and a full surface electrode, which is configured to belong to one of the divided regions and is excited. The piezoelectric transducer capable of vibrating in a plurality of vibration modes is characterized in that the piezoelectric conversion element generates expansion mode vibration, bending mode vibration, or elliptical mode vibration.

【0016】請求項9の発明は、セラミックス系圧電材
料からなるシート状の圧電素子を複数の帯状電極と全面
電極とで挟むようにして積層して捲上げ、柱状体又は筒
状体に形成した圧電変換素子を使用した圧電振動ジャイ
ロ検出器であって、前記柱状体又は筒状体はその周方向
に沿って少くとも2以上の複数領域に分割され、前記複
数の帯状電極は前記複数領域に分割されたいずれかの分
割領域の1つに属するように構成され、前記分割された
一部の領域に属する帯状電極又は全領域の帯状電極と全
面電極との間に選択的に電圧を印加して励振することに
より、前記圧電変換素子に伸縮モード振動、屈曲モード
振動、又は楕円モード振動を発生させ、電圧を印加しな
い領域に属する帯状電極と全面電極との間に発生する信
号電圧を圧電変換素子に加わる角速度信号として検出す
ることを特徴とする圧電振動ジャイロ検出器。
According to a ninth aspect of the present invention, a sheet-shaped piezoelectric element made of a ceramic-based piezoelectric material is laminated and wound so as to be sandwiched between a plurality of strip electrodes and a full-scale electrode, and rolled up to form a columnar body or a cylindrical body. A piezoelectric vibrating gyroscope detector using an element, wherein the columnar body or the tubular body is divided into at least two or more regions along the circumferential direction thereof, and the plurality of strip electrodes are divided into the plurality of regions. Excitation by selectively applying a voltage between the strip electrodes or the strip electrodes of the entire region and the whole electrode which are configured to belong to one of the divided regions. By doing so, expansion / contraction mode vibration, bending mode vibration, or elliptical mode vibration is generated in the piezoelectric conversion element, and the signal voltage generated between the strip electrode and the full-scale electrode belonging to the region to which no voltage is applied is piezoelectrically converted. The piezoelectric vibrating gyro detector and detecting as an angular velocity signal applied to the child.

【0017】請求項10の発明は、請求項8に記載され
た圧電振動子と、該圧電振動子に圧接された回転体を備
え、前記圧電振動子に楕円モード振動を発生させること
により前記回転体を回転させることを特徴とする圧電ア
クチエータである。
According to a tenth aspect of the invention, the piezoelectric vibrator according to the eighth aspect and a rotating body pressed against the piezoelectric vibrator are provided, and the piezoelectric vibrator vibrates in an elliptical mode to perform the rotation. It is a piezoelectric actuator characterized by rotating a body.

【0018】請求項11の発明は、請求項8に記載され
た圧電振動子と、該圧電振動子に圧接されると共に廻転
自在に支持された球状ロータを備え、前記圧電振動子に
屈曲モード振動、楕円モード振動を発生させることによ
り前記回転体を自在に回転させることを特徴とする圧電
アクチエータである。
According to an eleventh aspect of the present invention, the piezoelectric vibrator according to the eighth aspect includes a spherical rotor that is pressed against the piezoelectric vibrator and is rotatably supported. The piezoelectric actuator is characterized in that the rotating body is freely rotated by generating elliptical mode vibration.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。まず、第1の実施の形態の圧電変換素子とその
製造方法について、図1乃至図5を参照しつつ説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. First, the piezoelectric conversion element according to the first embodiment and the method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS.

【0020】図1は、圧電変換素子を構成する素材とし
ての圧電素子の斜視図であり、図1の(a)は表面を示
し、図1の(b)は裏面を示す図である。圧電素子11
の材料としては、PZT(PbZrO3 ・PbTi
3 )を主成分とする圧電セラミックスを使用する。こ
のセラミックス粉体を溶剤、分散剤、バインダ、可塑剤
等と混合し、ブレード等を使用して均一な平面に作成し
て一定の厚さ、例えば20〜100μmの厚さに引き伸
ばす。溶剤を蒸発させて乾燥し、グリーンシートと呼ば
れる柔軟性のあるシートを作成する。以下の説明では、
圧電素子と呼ぶことにする。
1A and 1B are perspective views of a piezoelectric element as a material forming a piezoelectric conversion element. FIG. 1A shows the front surface and FIG. 1B shows the rear surface. Piezoelectric element 11
As the material of PZT (PbZrO 3 · PbTi
Piezoelectric ceramics whose main component is O 3 ) is used. This ceramic powder is mixed with a solvent, a dispersant, a binder, a plasticizer, etc., and is made into a uniform flat surface by using a blade or the like and drawn to a constant thickness, for example, 20 to 100 μm. The solvent is evaporated and dried to form a flexible sheet called a green sheet. In the explanation below,
It is called a piezoelectric element.

【0021】圧電素子の表面11aには、その長手方向
の略半分の領域に、図1の(a)に示すように帯状に形
成された複数の帯状電極12を形成し、裏面11bに
は、その長手方向の略半分の領域に、図1の(b)に示
すように全面電極、即ちベタ電極(以下、ベタ電極とい
う)13を形成する。このとき、圧電素子の表面11a
に形成される複数の帯状電極12と、裏面に形成される
ベタ電極13とは、互いに圧電素子を介して対向しない
位置に形成されるものとする。
On the front surface 11a of the piezoelectric element, a plurality of strip-shaped electrodes 12 are formed in a strip shape as shown in FIG. A full-face electrode, that is, a solid electrode (hereinafter, referred to as a solid electrode) 13 is formed in an approximately half region in the longitudinal direction as shown in FIG. At this time, the surface 11a of the piezoelectric element
It is assumed that the plurality of strip-shaped electrodes 12 formed on the back surface and the solid electrode 13 formed on the back surface are formed at positions that do not face each other via the piezoelectric element.

【0022】帯状電極12の帯の長手方向は、後で圧電
素子を柱状体或いは筒状体に捲上げたとき、その柱状体
或いは筒状体の軸方向に平行な方向に一致させる。
The longitudinal direction of the strip of the strip electrode 12 is made to coincide with the direction parallel to the axial direction of the columnar body or the tubular body when the piezoelectric element is later wound up into the columnar body or the tubular body.

【0023】帯状電極12及びベタ電極13は、スクリ
ーン印刷等の手段でペースト状の電極材料、例えば白金
(Pt)系、銀−パラジウム(Ag−Pd)系の電極材
料を適当な樹脂バインダでペースト状にした電極材料を
印刷して形成する。
The strip electrode 12 and the solid electrode 13 are formed by pasting a paste electrode material, for example, a platinum (Pt) -based or silver-palladium (Ag-Pd) -based electrode material by means of screen printing or the like with an appropriate resin binder. The shaped electrode material is printed and formed.

【0024】このとき、図1の(a)に示すように圧電
素子の表面11aの帯状電極12の上端面は、圧電素子
の表面11aの上端面から露出するように形成し、帯状
電極12の下端は表面11aの下端から僅かに内側に位
置するように形成する。また、図1の(b)に示すよう
に圧電素子11の裏面11bのベタ電極13の上端面
は、帯状電極12とは逆に圧電素子の裏面11bの上端
から僅かに内側に位置するように形成し、ベタ電極13
の下端面は帯状電極12とは逆に裏面11bの下端面か
ら露出するように形成する。
At this time, as shown in FIG. 1A, the upper end surface of the strip electrode 12 on the surface 11a of the piezoelectric element is formed so as to be exposed from the upper end surface of the surface 11a of the piezoelectric element. The lower end is formed so as to be located slightly inward from the lower end of the surface 11a. Further, as shown in FIG. 1B, the upper end surface of the solid electrode 13 on the back surface 11b of the piezoelectric element 11 is located slightly inward from the upper end of the back surface 11b of the piezoelectric element, which is opposite to the strip electrode 12. Form and form solid electrode 13
The lower end surface of the back surface is formed so as to be exposed from the lower end surface of the back surface 11b, which is opposite to the strip electrode 12.

【0025】次に、図2に示すように、圧電素子の表面
11aを外側にして帯状電極12の長手方向に沿って略
中央部の折曲部14で2つ折りして重畳する。このと
き、圧電素子11を柱状体或いは筒状体に捲上げたと
き、柱状体或いは筒状体の外周面にベタ電極13の端部
が僅かに露出するように、折曲部14は圧電素子11の
中央より一方に僅かにずらし、ベタ電極13の端部を折
り曲げられた他方の圧電素子11の端部から寸法dだけ
突き出させておくとよい。
Next, as shown in FIG. 2, the surface 11a of the piezoelectric element is placed outside and is folded in two along the longitudinal direction of the strip-shaped electrode 12 at a substantially central bent portion 14 to be overlapped. At this time, when the piezoelectric element 11 is rolled up into a columnar body or a tubular body, the bent portion 14 is formed so that the end of the solid electrode 13 is slightly exposed on the outer peripheral surface of the columnar body or the tubular body. It is preferable that the solid electrode 13 is slightly displaced from the center to one side, and the end portion of the solid electrode 13 is made to protrude from the end portion of the other bent piezoelectric element 11 by the dimension d.

【0026】図3は、2つ折りして重畳した圧電素子1
1を端面から見た図で、図3の(a)は帯状電極12の
端部(上端)が圧電素子11の一方の端面から露出して
いる状態を示し、図3の(b)はベタ電極13の端部
(下端)が圧電素子11の他方の端面から露出している
状態を示したものである。
FIG. 3 shows a piezoelectric element 1 folded and folded in two.
1 is a view of an end surface of FIG. 3, FIG. 3A shows a state where an end portion (upper end) of the strip electrode 12 is exposed from one end surface of the piezoelectric element 11, and FIG. It shows a state in which the end portion (lower end) of the electrode 13 is exposed from the other end surface of the piezoelectric element 11.

【0027】次に、2つ折りした圧電素子11を、折曲
部14を内側にして柱状体或いは筒状体に捲上げる。こ
こでは柱状体に捲上げた例で説明する。
Next, the two-folded piezoelectric element 11 is rolled up into a columnar body or a cylindrical body with the bent portion 14 inside. Here, an example in which the material is wound into a columnar body will be described.

【0028】図4は、捲上げた柱状体を、その軸方向の
端面から見た図で、図4の(a)は帯状電極12の端部
(上端)が柱状体の一方の端面から露出している状態を
示し、図4の(b)はベタ電極13の端部(下端)が柱
状体の他方の端面から露出している状態を示したもので
ある。また、ベタ電極13の周方向の端部も柱状体の外
周面に露出している。
FIG. 4 is a view of the rolled-up columnar body viewed from the end face in the axial direction. In FIG. 4A, the end (upper end) of the strip electrode 12 is exposed from one end face of the columnar body. 4B shows the state where the end portion (lower end) of the solid electrode 13 is exposed from the other end surface of the columnar body. Further, the circumferential end of the solid electrode 13 is also exposed on the outer peripheral surface of the columnar body.

【0029】次に、柱状体である圧電変換素子15の端
面を周方向に沿って複数の領域に分割し、それぞれの分
割領域に属する複数の帯状電極12に分割電極端子を接
続し、またベタ電極13に接地電極端子を接続して、焼
成・分極処理すると、柱状体の周方向に沿って複数の帯
状電極12を備えた圧電変換素子15が完成する。
Next, the end face of the piezoelectric conversion element 15 which is a columnar body is divided into a plurality of regions along the circumferential direction, the divided electrode terminals are connected to the plurality of strip-shaped electrodes 12 belonging to each divided region, and a solid pattern is formed. When a ground electrode terminal is connected to the electrode 13 and firing / polarization processing is performed, the piezoelectric conversion element 15 having a plurality of strip electrodes 12 along the circumferential direction of the columnar body is completed.

【0030】図5は、前記した圧電変換素子15の端面
を周方向に沿って複数の領域に分割し、それぞれの分割
領域に属する複数の帯状電極12に電極端子を接続した
状態を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the end face of the piezoelectric conversion element 15 is divided into a plurality of regions along the circumferential direction, and the electrode terminals are connected to the plurality of strip electrodes 12 belonging to the respective divided regions. Is.

【0031】図5の(a)は柱状体に捲上げられた圧電
変換素子15の軸方向端面を周方向に沿って4つの領域
に分割した例を示すもので、分割領域16a、16b、
16c、16dには、それぞれの分割領域に属する帯状
電極12の端部が露出しているから、それぞれの分割領
域の帯状電極12の露出端部を斜線で示す導電部材を介
して纏めて分割電極端子A1、A2、A3、A4に接続
し、圧電変換素子15の他方の軸方向端面に露出してい
るベタ電極13に接地電極端子Gを接続した状態を示し
ている。
FIG. 5A shows an example in which the axial end face of the piezoelectric conversion element 15 wound up in a columnar body is divided into four regions along the circumferential direction. The divided regions 16a, 16b,
Since the end portions of the strip-shaped electrodes 12 belonging to the respective divided regions are exposed in 16c and 16d, the exposed end portions of the strip-shaped electrodes 12 in the respective divided regions are collectively separated by a conductive member indicated by diagonal lines. The figure shows a state in which the ground electrode terminal G is connected to the solid electrodes 13 connected to the terminals A1, A2, A3, and A4 and exposed on the other axial end surface of the piezoelectric conversion element 15.

【0032】また、図5の(b)に示すように、分割し
たそれぞれの分割領域に属する帯状電極12の露出端部
を斜線で示す導電部材を介して纏めて柱状体の側面に設
けた分割電極端子A1、A2、A3、A4に接続し、ま
た、柱状体の側面にもベタ電極13が露出しているか
ら、これを接地電極端子Gに接続してもよい。
Further, as shown in FIG. 5B, the divided end portions of the strip-shaped electrodes 12 belonging to the respective divided regions are collectively provided on the side surface of the columnar body through the conductive members shown by the diagonal lines. Since the solid electrodes 13 are connected to the electrode terminals A1, A2, A3, and A4 and are exposed on the side surfaces of the columnar body, they may be connected to the ground electrode terminal G.

【0033】帯状電極12の露出端部を分割電極端子A
1〜A4に接続するための前記した斜線で示す導電部材
は、分割領域16a〜16dに電極材料と同じ導電性ペ
ース等を塗布して接続する等の適宜の手法で構成するこ
とができる。
The exposed end of the strip-shaped electrode 12 is connected to the divided electrode terminal A.
The conductive members indicated by the above-described diagonal lines for connecting to 1 to A4 can be configured by an appropriate method such as applying the same conductive paste as the electrode material to the divided regions 16a to 16d to connect.

【0034】なお、図1乃至図5その他の説明では、構
成を説明するために圧電素子11、帯状電極12、ベタ
電極13の厚みを著しく厚く示してあるが、実際の圧電
素子や電極の厚みはミクロン単位の極めて薄いものであ
る。
In FIGS. 1 to 5 and other explanations, the thickness of the piezoelectric element 11, the strip electrode 12 and the solid electrode 13 is shown to be extremely thick for the purpose of explaining the structure. Is extremely thin on the order of microns.

【0035】以下の説明では、上記した圧電変換素子1
5の端面を周方向に沿って複数の領域に分割し、それぞ
れの分割領域に属する複数の帯状電極12に電極端子を
接続し、またベタ電極13に電極端子を接続した構成の
圧電変換素子、即ち、柱状体又は筒状体の周方向に沿っ
て複数の帯状電極を備えた圧電変換素子を、周方向電極
分割圧電変換素子と呼び、符号20を付して参照するこ
とにする。
In the following description, the piezoelectric conversion element 1 described above is used.
A piezoelectric conversion element having a structure in which the end surface of 5 is divided into a plurality of regions along the circumferential direction, electrode terminals are connected to a plurality of strip electrodes 12 belonging to each divided region, and electrode terminals are connected to a solid electrode 13. That is, the piezoelectric conversion element provided with a plurality of strip-shaped electrodes along the circumferential direction of the columnar body or the cylindrical body is referred to as a circumferential electrode division piezoelectric conversion element, and the reference numeral 20 is used for reference.

【0036】次に、上記した周方向電極分割圧電変換素
子20(以下、素子20という)に発生させることがで
きる各種の振動モードについて、図6乃至図10を参照
して説明する。
Next, various vibration modes that can be generated in the above-mentioned circumferential electrode divided piezoelectric conversion element 20 (hereinafter referred to as element 20) will be described with reference to FIGS. 6 to 10.

【0037】図6は、素子20に発生させることができ
る振動モードを説明する図である。素子20の分割電極
に選択的に交流電圧を印加することにより、素子20に
軸Iで示す中心軸方向の伸縮振動、軸Iを含むX平面、
軸Iを含むY平面、及び軸Iに直交するZ平面内での屈
曲振動、及び楕円振動を発生させることができる。以
下、各分割電極端子への印加電圧と発生する振動モード
について説明する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the vibration modes that can be generated in the element 20. By selectively applying an alternating voltage to the divided electrodes of the element 20, stretching vibration in the direction of the central axis indicated by the axis I, an X plane including the axis I, is applied to the element 20.
It is possible to generate bending vibration and elliptical vibration in the Y plane including the axis I and the Z plane orthogonal to the axis I. The voltage applied to each divided electrode terminal and the vibration mode generated will be described below.

【0038】図7は、分割電極端子A1、A2、A3、
A4と接地電極端子Gとの間にV=V0 sin ωtを印加
した場合の振動態様を示す図で、素子20には軸Iで示
す中心軸方向の伸縮振動が発生する。
FIG. 7 shows divided electrode terminals A1, A2, A3,
In the diagram showing the vibration mode when V = V0 sin ωt is applied between A4 and the ground electrode terminal G, the element 20 undergoes stretching vibration in the direction of the central axis indicated by the axis I.

【0039】図8は、分割電極端子A1と接地電極端子
Gとの間に V1 =V0 sin ωt、分割電極端子A3と
接地電極端子Gとの間に V3 =V0 sin ( ωt−π)
、分割電極端子A2と接地電極端子Gとの間に V2
=0、分割電極端子A4と接地電極端子Gとの間に V
4 =0を印加した場合の振動態様を示す図で、素子20
には軸Iを含むX平面内で屈曲振動が発生する。
FIG. 8 shows that V1 = V0 sin ωt between the divided electrode terminal A1 and the ground electrode terminal G, and V3 = V0 sin (ωt−π) between the divided electrode terminal A3 and the ground electrode terminal G.
, V2 between the split electrode terminal A2 and the ground electrode terminal G
= 0, V between the split electrode terminal A4 and the ground electrode terminal G
4 is a diagram showing a vibration mode when 4 = 0 is applied, and FIG.
Bending vibration occurs in the X plane including the axis I.

【0040】また、上記印加電圧のうち、分割電極端子
A3と接地電極端子Gとの間の印加電圧を V3 =V0
sin ( ωt−π/2) にした場合は、素子20には軸I
を含むX平面内で楕円振動が発生する。
Among the applied voltages, the applied voltage between the divided electrode terminal A3 and the ground electrode terminal G is V3 = V0
When sin (ωt−π / 2) is set, the element 20 has the axis I
Elliptical vibration occurs in the X plane including the.

【0041】図9は、分割電極端子A2と接地電極端子
Gとの間に V2 =V0 sin ωt、分割電極端子A4と
接地電極端子Gとの間に V4 =V0 sin ( ωt−π)
、分割電極端子A1と接地電極端子Gとの間に V1
=0、分割電極端子A3と接地電極端子Gとの間に V
3 =0を印加した場合の振動態様を示す図で、素子20
には軸Iを含むY平面内で屈曲振動が発生する。
FIG. 9 shows that V2 = V0 sin ωt between the divided electrode terminal A2 and the ground electrode terminal G, and V4 = V0 sin (ωt-π) between the divided electrode terminal A4 and the ground electrode terminal G.
, V1 between the split electrode terminal A1 and the ground electrode terminal G
= 0, V between the split electrode terminal A3 and the ground electrode terminal G
3 is a diagram showing a vibration mode when 3 = 0 is applied, and FIG.
Bending vibration occurs in the Y plane including the axis I.

【0042】また、上記印加電圧のうち、分割電極端子
A4と接地電極端子Gとの間の印加電圧を V4 =V0
sin ( ωt−π/2) にした場合は、素子20には軸I
を含むY平面内で楕円振動が発生する。
Of the applied voltages, the applied voltage between the divided electrode terminal A4 and the ground electrode terminal G is V4 = V0
When sin (ωt−π / 2) is set, the element 20 has the axis I
Elliptical vibration occurs in the Y plane including the.

【0043】図10は分割電極端子A1と接地電極端子
Gとの間に V1 =V0 sin ωt、分割電極端子A2と
接地電極端子Gとの間に V2 =V0 sin ( ωt−π/
2)、分割電極端子A3と接地電極端子Gとの間に V3
=V0 sin ( ωt−π) 、分割電極端子A4と接地電極
端子Gとの間に V4 =V0 sin ( ωt− 3/2π)を印
加した場合の振動態様を示す図で、素子20にはZ平面
内で円振動が発生する。
In FIG. 10, V1 = V0 sin .omega.t between the divided electrode terminal A1 and the ground electrode terminal G, and V2 = V0 sin (.omega.t-.pi. / Between the divided electrode terminal A2 and the ground electrode terminal G.
2), V3 between the split electrode terminal A3 and the ground electrode terminal G
= V0 sin (ωt−π), a diagram showing a vibration mode when V4 = V0 sin (ωt−3 / 2π) is applied between the divided electrode terminal A4 and the ground electrode terminal G. Circular vibration occurs in the plane.

【0044】以上説明した第1の実施の形態の圧電変換
素子は、圧電変換素子に伸縮振動、屈曲振動、或いは楕
円振動を発生させることができる圧電変換素子である
が、以下説明する第2乃至第4の実施の形態の圧電変換
素子は、捩れ振動を発生させることができる圧電変換素
子である。
The piezoelectric conversion element of the first embodiment described above is a piezoelectric conversion element capable of generating stretching vibration, bending vibration, or elliptical vibration in the piezoelectric conversion element. The piezoelectric conversion element of the fourth embodiment is a piezoelectric conversion element that can generate torsional vibration.

【0045】第2の実施の形態の圧電変換素子60を説
明する。図11及び図12は第2の実施の形態の圧電素
子を説明する図である。圧電変換素子を構成する素材と
しての圧電素子は、第1の実施の形態の場合と同じく圧
電セラミックスを使用し、グリーンシートと呼ばれる柔
軟性のあるシート状の圧電素子61及び63を作成す
る。
The piezoelectric conversion element 60 of the second embodiment will be described. 11 and 12 are diagrams for explaining the piezoelectric element according to the second embodiment. As the piezoelectric element as a material forming the piezoelectric conversion element, piezoelectric ceramics is used as in the case of the first embodiment, and flexible sheet-shaped piezoelectric elements 61 and 63 called green sheets are formed.

【0046】第1の圧電素子61の表面には、その捲上
げ方向の全面に、図11の(a)に示すように全面電
極、即ちベタ電極62を形成する。また、第2の圧電素
子63の表面には、図11の(b)に示すように、後で
圧電素子を柱状体或いは筒状体に捲上げたとき、その柱
状体或いは筒状体の軸方向に対して傾き角度45度の複
数の帯状電極64を形成する。
On the entire surface of the first piezoelectric element 61 in the winding direction, a full surface electrode, that is, a solid electrode 62 is formed as shown in FIG. 11 (a). Further, as shown in FIG. 11B, when the piezoelectric element is later wound up into a columnar body or a cylindrical body, the surface of the second piezoelectric element 63 has an axis of the columnar body or the cylindrical body. A plurality of strip electrodes 64 having an inclination angle of 45 degrees with respect to the direction are formed.

【0047】帯状電極64及びベタ電極62は、スクリ
ーン印刷等の手段でペースト状の電極材料、例えば白金
(Pt)系、銀−パラジウム(Ag−Pd)系の電極材
料を適当な樹脂バインダでペースト状にした電極材料を
印刷して形成する。
The strip electrode 64 and the solid electrode 62 are formed by pasting a paste-like electrode material, for example, a platinum (Pt) -based or silver-palladium (Ag-Pd) -based electrode material with a suitable resin binder by means such as screen printing. The shaped electrode material is printed and formed.

【0048】ベタ電極62は、図11の(a)に示すよ
うに第1の圧電素子61の周辺部を僅かに残して形成
し、また、帯状電極64は、図11の(b)に示すよう
に、その下端面は圧電素子63の下端面に露出するよう
に形成し、上端は圧電素子63の表面の上端から僅かに
内側に位置するように形成する。
The solid electrode 62 is formed by leaving the peripheral portion of the first piezoelectric element 61 slightly as shown in FIG. 11A, and the strip electrode 64 is shown in FIG. 11B. Thus, the lower end surface is formed so as to be exposed at the lower end surface of the piezoelectric element 63, and the upper end is formed so as to be positioned slightly inward from the upper end of the surface of the piezoelectric element 63.

【0049】次に、第1の圧電素子61のベタ電極62
の形成面を一番上側にし、第1の圧電素子61の裏面の
電極非形成面に第2の圧電素子63の帯状電極64の形
成面を対向させ、第2の圧電素子63の裏面の電極非形
成面を一番下側にくるように積層し、第2の圧電素子6
3の裏面の電極非形成面を内側にして(谷にして)長手
方向の中央部で2つ折りしてから、柱状体或いは筒状体
に捲上げる。図12の(a)は柱状体或いは筒状体に捲
上げた外観を示す。
Next, the solid electrode 62 of the first piezoelectric element 61.
The surface on which the strip-shaped electrode 64 of the second piezoelectric element 63 is formed is opposed to the surface on which the electrode is not formed on the back surface of the first piezoelectric element 61. The second piezoelectric element 6 is laminated so that the non-formation surface is on the bottom side.
The back surface of No. 3 is folded in two at the central portion in the longitudinal direction with the electrode-non-formed surface on the inside (in a valley), and then rolled up into a columnar body or a tubular body. FIG. 12 (a) shows the appearance rolled up into a columnar body or a cylindrical body.

【0050】次に、柱状体或いは筒状体に捲上げた圧電
変換素子60の下端面に露出した帯状電極64に電極端
子を接続し、外周面に露出したベタ電極62に接地電極
端子を接続し、焼成・分極処理すると、柱状体或いは筒
状体の周方向に沿って、軸方向に対して傾き角度45度
で傾斜した複数の帯状電極64を備えた圧電変換素子6
0が完成する。
Next, an electrode terminal is connected to the strip electrode 64 exposed on the lower end surface of the piezoelectric conversion element 60 rolled up in a columnar or cylindrical body, and a ground electrode terminal is connected to the solid electrode 62 exposed on the outer peripheral surface. Then, after firing and polarization treatment, the piezoelectric conversion element 6 including a plurality of strip electrodes 64 inclined at an inclination angle of 45 degrees with respect to the axial direction along the circumferential direction of the columnar body or the cylindrical body.
0 is completed.

【0051】この構成の圧電変換素子60では、帯状電
極が柱状体或いは筒状体の軸方向に対して傾斜している
ため電極間に電圧を印加することで、図12の(a)に
示す状態から図12の(b)に示す状態への捩れを生じ
るから、電極間に交流電圧を印加すると捩れ歪み振動を
発生させることができる。
In the piezoelectric conversion element 60 having this structure, since the strip electrodes are inclined with respect to the axial direction of the columnar body or the cylindrical body, by applying a voltage between the electrodes, the structure shown in FIG. Since the state is twisted to the state shown in FIG. 12B, torsional strain vibration can be generated by applying an AC voltage between the electrodes.

【0052】以上の構成では、柱状体或いは筒状体の直
径は2mm、長さ5mm、圧電素子シートの厚み50μ
m、帯状電極の傾き角度45度、帯状電極の幅と電極の
無い部分の幅とは同じ幅とし、帯状電極の幅と柱状体等
の直径とは1対40とする。但し、上記した寸法は一例
で、これに限るものではなく、帯状電極の幅は広いほう
が望ましい。
In the above structure, the diameter of the columnar body or the cylindrical body is 2 mm, the length is 5 mm, and the thickness of the piezoelectric element sheet is 50 μm.
m, the inclination angle of the strip electrode is 45 degrees, the width of the strip electrode is the same as the width of the portion without the electrode, and the width of the strip electrode and the diameter of the columnar body are 1:40. However, the above-mentioned size is an example, and it is not limited to this, and it is desirable that the width of the strip electrode is wide.

【0053】図13及び図14は、第3の実施の形態の
圧電変換素子68を説明する図である。第2の実施の形
態の圧電変換素子との相違点は、第2の実施の形態の第
1の圧電素子61及び第2の圧電素子63に加えて、更
に、第2の圧電素子63の帯状電極64とは反対方向に
傾斜した複数の帯状電極を備えた第3の圧電素子65を
加えた点である。
13 and 14 are diagrams for explaining the piezoelectric conversion element 68 according to the third embodiment. The difference from the piezoelectric conversion element of the second embodiment is that in addition to the first piezoelectric element 61 and the second piezoelectric element 63 of the second embodiment, the strip shape of the second piezoelectric element 63 is further added. The point is that a third piezoelectric element 65 having a plurality of strip electrodes inclined in the opposite direction to the electrode 64 is added.

【0054】第3の実施の形態の圧電変換素子68を説
明する。圧電変換素子を構成する素材としての圧電素子
や電極材料、電極形成方法は、第2の実施の形態と同じ
であるから説明を省略する。
The piezoelectric conversion element 68 according to the third embodiment will be described. Since the piezoelectric element as a material forming the piezoelectric conversion element, the electrode material, and the electrode forming method are the same as those in the second embodiment, the description thereof will be omitted.

【0055】第1の圧電素子61の表面にはその捲上げ
方向の全面に、図13の(a)に示すようにベタ電極6
2を形成し、第2の圧電素子63の表面には、図13の
(b)に示すように、後で圧電素子を柱状体或いは筒状
体に捲上げたとき、その柱状体或いは筒状体の軸方向に
対して第1の方向に傾斜した傾斜角度45度の複数の第
1の帯状電極64を形成する。さらに、第3の圧電素子
65の表面には、図13の(c)に示すように、柱状体
或いは筒状体の軸方向に対して前記第1の方向とは反対
の第2の方向、即ち、第1の帯状電極64とは傾斜方向
が反対の、軸方向に対して第2の方向に傾斜した傾斜角
度45度の複数の第2の帯状電極66を形成する。
On the entire surface of the first piezoelectric element 61 in the winding direction, the solid electrode 6 is formed as shown in FIG.
2 is formed on the surface of the second piezoelectric element 63, as shown in FIG. 13B, when the piezoelectric element is later wound into a columnar body or a cylindrical body, the columnar body or the cylindrical body is formed. A plurality of first strip electrodes 64 having an inclination angle of 45 degrees that are inclined in the first direction with respect to the axial direction of the body are formed. Further, on the surface of the third piezoelectric element 65, as shown in FIG. 13C, a second direction opposite to the first direction with respect to the axial direction of the columnar body or the cylindrical body, That is, a plurality of second strip electrodes 66 having an inclination angle of 45 degrees, which is opposite to the first strip electrode 64 in the inclination direction and is inclined in the second direction with respect to the axial direction, is formed.

【0056】ベタ電極62は、図13の(a)に示すよ
うに圧電素子61の周辺部を僅かに残して形成し、第1
の帯状電極64は、図13の(b)に示すように下端面
が圧電素子63の表面の下端面に露出するように形成
し、上端は圧電素子63の表面の上端から僅かに内側に
位置するように形成する。また、第2の帯状電極66
は、図13の(c)に示すように下端は圧電素子65の
表面の下端から僅かに内側に位置するように形成し、上
端面は圧電素子65の表面の上端面に露出するように形
成する。
The solid electrode 62 is formed by leaving the peripheral portion of the piezoelectric element 61 slightly as shown in FIG.
13B, the strip electrode 64 is formed so that the lower end surface is exposed to the lower end surface of the surface of the piezoelectric element 63, and the upper end is located slightly inward from the upper end of the surface of the piezoelectric element 63. To be formed. In addition, the second strip electrode 66
Is formed so that the lower end is located slightly inward from the lower end of the surface of the piezoelectric element 65 and the upper end surface is exposed to the upper end surface of the surface of the piezoelectric element 65, as shown in FIG. To do.

【0057】次に、圧電素子61のベタ電極62の形成
面を一番上側にし、圧電素子61の裏面の電極非形成面
に圧電素子63の第1の帯状電極64の形成面を対向さ
せ、圧電素子63の裏面の電極非形成面に圧電素子65
の第2の帯状電極66の形成面を対向させ、圧電素子6
5の裏面の電極非形成面を一番下側にくるように積層
し、圧電素子65の裏面の電極非形成面を内側にして
(谷にして)長手方向の中央部で2つ折りしてから、柱
状体或いは筒状体に捲上げる。図14の(a)は柱状体
或いは筒状体に捲上げた外観を示す。
Next, the formation surface of the solid electrode 62 of the piezoelectric element 61 is set to the uppermost side, and the formation surface of the first strip electrode 64 of the piezoelectric element 63 is opposed to the non-electrode formation surface of the back surface of the piezoelectric element 61, The piezoelectric element 65 is formed on the back surface of the piezoelectric element 63 on which electrodes are not formed.
The surfaces of the second strip-shaped electrodes 66 of the piezoelectric element 6 are opposed to each other.
5 is laminated so that the back surface of the piezoelectric element 65 on which the electrode is not formed is located at the bottom side, and the back surface of the piezoelectric element 65 is folded inward with the non-electrode surface of the back surface of the piezoelectric element 65 being the inside (valley). , Roll up into a columnar body or a cylindrical body. FIG. 14 (a) shows the appearance wound up into a columnar body or a tubular body.

【0058】次に、柱状体或いは筒状体である圧電変換
素子68の下端面に露出した第1の帯状電極64に第1
電極端子を接続し、上端面に露出した第2の帯状電極6
6に第2電極端子を接続し、ベタ電極62に接地電極端
子を接続して、焼成・分極処理すると、柱状体或いは筒
状体の周方向に沿って、軸方向に対して第1の方向に傾
き角度45度で傾斜した第1の帯状電極64と、軸方向
に対して第2の方向に傾き角度45度で傾斜した第2の
帯状電極66との、傾斜方向が異なる2組の複数の帯状
電極64及び66を備えた圧電変換素子68が完成す
る。
Next, the first strip-shaped electrode 64 exposed on the lower end surface of the piezoelectric conversion element 68, which is a columnar body or a cylindrical body, is first exposed.
Second strip electrode 6 connected to the electrode terminal and exposed at the upper end surface
When the second electrode terminal is connected to 6 and the ground electrode terminal is connected to the solid electrode 62, and firing / polarization treatment is performed, the first direction with respect to the axial direction is along the circumferential direction of the columnar body or the cylindrical body. A first strip electrode 64 inclined at an inclination angle of 45 degrees, and a second strip electrode 66 inclined at an inclination angle of 45 degrees in a second direction with respect to the axial direction. The piezoelectric conversion element 68 including the strip electrodes 64 and 66 of is completed.

【0059】この構成の圧電変換素子68では、柱状体
或いは筒状体の軸方向に対して傾斜方向が異なる2組の
複数の帯状電極64及び66とが設けられているため、
第1の帯状電極64と接地電極との間、或いは第2の帯
状電極66と接地電極との間に選択的に電圧を印加する
ことで、図14の(a)に示す状態から図14の(b)
に示す状態への捩れ、或いはこれと逆方向の図14の
(a)に示す状態から図14の(c)に示す状態への捩
れとを選択的に発生させることができ、捩れ方向が異な
る2種類の捩れ歪み振動を発生させることができる。
Since the piezoelectric conversion element 68 of this structure is provided with two sets of a plurality of strip-shaped electrodes 64 and 66 having different inclination directions with respect to the axial direction of the columnar or cylindrical body,
By selectively applying a voltage between the first strip electrode 64 and the ground electrode or between the second strip electrode 66 and the ground electrode, the state shown in FIG. (B)
It is possible to selectively generate a twist to the state shown in FIG. 14 or a twist in the opposite direction from the state shown in FIG. 14A to the state shown in FIG. 14C, and the twist directions are different. Two types of torsional strain vibration can be generated.

【0060】図15及び図16は、第4の実施の形態の
圧電変換素子70を説明する図である。第2の実施の形
態の圧電変換素子との相違点は、第2の実施の形態の第
2の圧電素子に代えて、傾斜方向が異なる2組の複数の
帯状電極を備えた第2の圧電素子71を配置した点にあ
る。
FIG. 15 and FIG. 16 are views for explaining the piezoelectric conversion element 70 of the fourth embodiment. The difference from the piezoelectric conversion element of the second embodiment is that, instead of the second piezoelectric element of the second embodiment, a second piezoelectric provided with two sets of strip electrodes having different inclination directions. The point is that the element 71 is arranged.

【0061】第4の実施の形態の圧電変換素子70を説
明する。圧電変換素子を構成する素材としての圧電素子
や電極材料、電極形成方法は、第2の実施の形態と同じ
であるから説明を省略する。
The piezoelectric conversion element 70 of the fourth embodiment will be described. Since the piezoelectric element as a material forming the piezoelectric conversion element, the electrode material, and the electrode forming method are the same as those in the second embodiment, the description thereof will be omitted.

【0062】第1の圧電素子61の表面にはその捲上げ
方向の全面に、図15の(a)に示すようにベタ電極6
2を形成し、第2の圧電素子71の表面には、図15の
(b)に示すように、後で圧電素子を柱状体或いは筒状
体に捲上げたとき、その柱状体或いは筒状体の軸方向に
対して第1の方向に傾斜した傾き角度45度の複数の帯
状電極72と、柱状体或いは筒状体の軸方向に対して前
記第1の方向とは反対の第2の方向、即ち、第1の帯状
電極72とは傾斜方向が反対の、軸方向に対して第2の
方向に傾斜した傾斜角度45度の複数の第2の帯状電極
73との、傾斜方向が異なる2組の複数の帯状電極72
及び73を形成する。
On the entire surface of the first piezoelectric element 61 in the winding direction, the solid electrode 6 is formed as shown in FIG.
2 is formed on the surface of the second piezoelectric element 71, when the piezoelectric element is later rolled up into a columnar body or a tubular body as shown in FIG. A plurality of strip electrodes 72 having an inclination angle of 45 degrees inclined in the first direction with respect to the axial direction of the body, and a second electrode 72 opposite to the first direction with respect to the axial direction of the columnar body or the tubular body. Direction, that is, the tilt direction is different from that of the plurality of second band electrodes 73 having a tilt angle of 45 degrees that is tilted in the second direction with respect to the axial direction and is opposite in tilt direction to the first band electrode 72. Two sets of plural strip electrodes 72
And 73 are formed.

【0063】ベタ電極62は、図15の(a)に示すよ
うに圧電素子61の周辺部を僅かに残して形成し、第1
の帯状電極72は、図15の(b)に示すように上端面
が圧電素子71の表面の上端面に露出するように形成
し、下端は圧電素子71の表面の下端から僅かに内側に
位置するように形成する。また、第2の帯状電極73
は、図15の(b)に示すように上端は圧電素子65の
表面の上端から僅かに内側に位置するように形成し、下
端面は圧電素子63の表面の下端面に露出するように形
成する。
The solid electrode 62 is formed by leaving the peripheral portion of the piezoelectric element 61 slightly as shown in FIG.
As shown in FIG. 15B, the strip-shaped electrode 72 is formed so that the upper end surface is exposed to the upper end surface of the surface of the piezoelectric element 71, and the lower end is located slightly inward from the lower end of the surface of the piezoelectric element 71. To be formed. In addition, the second strip electrode 73
Is formed so that the upper end is located slightly inward from the upper end of the surface of the piezoelectric element 65 and the lower end surface is exposed at the lower end surface of the surface of the piezoelectric element 63, as shown in FIG. To do.

【0064】次に、第1の圧電素子61のベタ電極62
の形成面を一番上側にし、第1の圧電素子61の裏面の
電極非形成面に第2の圧電素子71の帯状電極72及び
73の形成面を対向させ、第2の圧電素子71の裏面の
電極非形成面を一番下側にくるように積層し、圧電素子
71の裏面の電極非形成面を内側にして(谷にして)中
央部で2つ折りしてから、柱状体或いは筒状体に捲上げ
る。図16の(a)は柱状体或いは筒状体に捲上げた外
観を示す。
Next, the solid electrode 62 of the first piezoelectric element 61.
The surface on which the strip-shaped electrodes 72 and 73 of the second piezoelectric element 71 are opposed to the electrode non-formation surface on the back surface of the first piezoelectric element 61, and the rear surface of the second piezoelectric element 71 Are laminated so that the electrode-non-formed surface of the piezoelectric element 71 is on the lowermost side, and the electrode-non-formed surface of the back surface of the piezoelectric element 71 is inward (troughed) and then folded in two at the central portion, and then the columnar body or the cylindrical shape is formed. Roll up on the body. FIG. 16 (a) shows the appearance rolled up into a columnar body or a tubular body.

【0065】次に、柱状体或いは筒状体である圧電変換
素子70の上端面に露出した第1の帯状電極72に第1
電極端子を接続し、下端面に露出した第2の帯状電極7
3に第2電極端子を接続し、ベタ電極62に接地電極端
子を接続して、焼成・分極処理すると、柱状体或いは筒
状体の周方向に沿って傾斜方向の異なる2組の複数の帯
状電極72及び73を備えた圧電変換素子70が完成す
る。
Next, the first strip-shaped electrode 72 exposed on the upper end surface of the piezoelectric conversion element 70, which is a columnar body or a cylindrical body, is first exposed.
The second strip electrode 7 connected to the electrode terminal and exposed at the lower end surface
When the second electrode terminal is connected to 3 and the ground electrode terminal is connected to the solid electrode 62 and firing / polarization treatment is performed, two sets of plural strips having different inclination directions are formed along the circumferential direction of the columnar body or the cylindrical body. The piezoelectric conversion element 70 including the electrodes 72 and 73 is completed.

【0066】この構成の圧電変換素子70では、柱状体
或いは筒状体の軸方向に対して第1の方向に傾斜した第
1の帯状電極72と、柱状体或いは筒状体の軸方向に対
して第2の方向に傾斜した第2の帯状電極73とが設け
られているため、帯状電極72と接地電極との間、或い
は帯状電極73と接地電極との間に選択的に電圧を印加
することで、図16の(a)に示す状態から図16の
(b)に示す状態への捩れ、或いはこれと逆方向の図1
6の(a)に示す状態から図16の(c)に示す状態へ
の捩れとを選択的に発生させることができ、捩れ方向が
異なる2種類の捩れ歪み振動を発生させることができ
る。
In the piezoelectric conversion element 70 of this structure, the first strip electrode 72 inclined in the first direction with respect to the axial direction of the columnar body or the tubular body, and the axial direction of the columnar body or the tubular body. Since the second strip electrode 73 inclined in the second direction is provided, the voltage is selectively applied between the strip electrode 72 and the ground electrode or between the strip electrode 73 and the ground electrode. As a result, the state shown in FIG. 16A is twisted to the state shown in FIG. 16B, or the state shown in FIG.
It is possible to selectively generate the twist from the state shown in FIG. 6A to the state shown in FIG. 16C, and it is possible to generate two types of torsional strain vibrations having different twisting directions.

【0067】また、この構成の圧電変換素子70では、
第3の実施の形態の圧電変換素子68と同じく、捩れ方
向が異なる2種類の捩れ歪み振動を発生させることがで
きるもので、第3の実施の形態のものよりも素子を構成
する圧電素子の必要枚数も少なくなり、より小さくする
ことができると共に、製作工程も少なく、製造コストを
低減することができるが、帯状電極の数が少なくなる
分、機械的出力或いは電気的出力が小さくなる。
Further, in the piezoelectric conversion element 70 having this structure,
Similar to the piezoelectric conversion element 68 of the third embodiment, it is capable of generating two types of torsional strain vibrations having different twisting directions. The number of required electrodes can be reduced and can be further reduced, and the number of manufacturing steps can be reduced and the manufacturing cost can be reduced, but the mechanical output or the electrical output is reduced as the number of strip electrodes is reduced.

【0068】次に、上記した圧電変換素子を応用した各
種の装置について説明する。以下の説明では、図1乃至
図10により説明した周方向電極分割圧電変換素子20
を使用した装置について説明する。
Next, various devices to which the above-mentioned piezoelectric conversion element is applied will be described. In the following description, the circumferential electrode divided piezoelectric conversion element 20 described with reference to FIGS.
An apparatus using is described.

【0069】図17は、上記した周方向電極分割圧電変
換素子20に発生する屈曲振動を応用したジャイロ振動
ユニット21の外観を示す図で、角速度検出器として機
能するものである。
FIG. 17 is an external view of a gyro vibrating unit 21 to which the bending vibration generated in the circumferential electrode division piezoelectric conversion element 20 described above is applied, and it functions as an angular velocity detector.

【0070】ジャイロ振動ユニット21は、図18に示
すように、周方向電極分割圧電変換素子20に発生する
屈曲振動の節20aと20bとを支持台22に固定して
構成される。
As shown in FIG. 18, the gyro vibrating unit 21 is constructed by fixing nodes 20a and 20b of flexural vibration generated in the circumferential electrode divided piezoelectric conversion element 20 to a support 22.

【0071】上記ジャイロ振動ユニット21の、分割電
極端子A1と接地電極端子Gとの間に電圧V1 =V0 si
n ωt、分割電極端子A3と接地電極端子Gとの間に電
圧V3 =V0 sin (ωt−π)を印加して励振すると、
素子20には軸Iを含むX平面内で屈曲振動が発生す
る。この状態でジャイロ振動ユニット21が廻転する
と、コリオリの力により、上記したX平面内での屈曲振
動と直交する方向に力が作用して、分割電極端子A2と
接地電極端子Gとの間、及び分割電極端子A4と接地電
極端子Gとの間に角速度の大きさに比例した信号が発生
し、角速度を検出することができる。
A voltage V1 = V0 si between the split electrode terminal A1 and the ground electrode terminal G of the gyro vibrating unit 21.
n ωt, when a voltage V3 = V0 sin (ωt-π) is applied between the divided electrode terminal A3 and the ground electrode terminal G for excitation,
Flexural vibration occurs in the element 20 in the X plane including the axis I. When the gyro vibrating unit 21 is rotated in this state, the Coriolis force exerts a force in a direction orthogonal to the bending vibration in the X plane, so that the split electrode terminal A2 and the ground electrode terminal G, and A signal proportional to the magnitude of the angular velocity is generated between the divided electrode terminal A4 and the ground electrode terminal G, and the angular velocity can be detected.

【0072】図19及び図20は、上記した周方向電極
分割圧電変換素子に発生する楕円振動を応用した回転型
のアクチエータ30を説明する図で、図19はアクチエ
ータを構成要素を分解した斜視図、図20はアクチエー
タ30の断面図である。
19 and 20 are views for explaining a rotary type actuator 30 to which the elliptic vibration generated in the above-mentioned circumferential electrode division piezoelectric conversion element is applied. FIG. 19 is a perspective view in which the constituent elements of the actuator are disassembled. 20 is a sectional view of the actuator 30. As shown in FIG.

【0073】図19及び図20において、電極分割圧電
変換素子20は中心部が空洞の円筒体を使用する。固定
台31の上に周方向電極分割圧電変換素子20の一方の
端面を接着等の手段で固定し、素子20の他方の端面に
は円板状のステータ32を接着等の手段で固定する。ス
テータ32は、耐摩耗性と端面に露出する分割電極に対
する電気絶縁性を確保するため、セラミックスを使用す
るものとする。
19 and 20, the electrode division piezoelectric conversion element 20 uses a cylindrical body having a hollow central portion. One end surface of the circumferential electrode division piezoelectric conversion element 20 is fixed on the fixing base 31 by means of bonding or the like, and the disk-shaped stator 32 is fixed on the other end surface of the element 20 by means of bonding or the like. The stator 32 is made of ceramics in order to ensure wear resistance and electrical insulation with respect to the divided electrodes exposed on the end faces.

【0074】軸35を素子20の中心部の空洞部分に貫
通させ、固定台31にねじ止め等の手段で固定する。ス
テータ32の上には、軸35の回りに回転自在に円板状
のロータ33を配置し、ロータ33の上に軸方向荷重を
支承するスラストベアリング34を配置し、さらにその
上方にスプリング36を配置する。
The shaft 35 is passed through the hollow portion at the center of the element 20 and fixed to the fixing base 31 by means such as screwing. A disk-shaped rotor 33 is arranged on the stator 32 so as to be rotatable around a shaft 35, a thrust bearing 34 for supporting an axial load is arranged on the rotor 33, and a spring 36 is arranged above the thrust bearing 34. Deploy.

【0075】軸35の上端部付近のねじ部にナット37
を螺合させ、ナット37の締め加減を調整し、スプリン
グ36を介してスラストベアリング34をロータ33に
向けて適当な押圧力で押圧し、ステータ32とロータ3
3とを適当な摩擦力で摩擦接触させる。
A nut 37 is attached to the threaded portion near the upper end of the shaft 35.
Is screwed to adjust the amount of tightening of the nut 37, and the thrust bearing 34 is pressed toward the rotor 33 via the spring 36 with an appropriate pressing force, so that the stator 32 and the rotor 3
3 and 3 are brought into frictional contact with an appropriate frictional force.

【0076】以上の構成において、電極分割圧電変換素
子20の分割電極端子と接地電極端子との間に交流電圧
を印加すると、素子20及びこれに固定されているステ
ータ32には、先に図8、図9で説明したような屈曲振
動及び楕円振動が発生するから、ステータ32に摩擦接
触しているロータ33を回転させることができる。この
構成によれば極めて小さい回転型のアクチエータを提供
することができる。
In the above structure, when an AC voltage is applied between the divided electrode terminal of the electrode-divided piezoelectric conversion element 20 and the ground electrode terminal, the element 20 and the stator 32 fixed to the element are previously subjected to FIG. Since the bending vibration and the elliptic vibration described with reference to FIG. 9 occur, the rotor 33 that is in frictional contact with the stator 32 can be rotated. With this configuration, it is possible to provide an extremely small rotary actuator.

【0077】図21は、上記した周方向電極分割圧電変
換素子に発生する多様な振動モードを応用した多自由度
アクチエータ40の構成を示す斜視図である。
FIG. 21 is a perspective view showing a structure of a multi-degree-of-freedom actuator 40 to which various vibration modes generated in the above-mentioned circumferential electrode division piezoelectric conversion element are applied.

【0078】多自由度アクチエータ40は、固定台41
の上に電極分割圧電変換素子20の一方の端面を接着等
の手段で固定し、素子20の他方の端面に半球状のステ
ータ42を接着等の手段で固定する。ステータ42は耐
摩耗性と端面に露出する分割電極に対する電気絶縁性を
確保するためセラミックスを使用するものとする。
The multi-degree-of-freedom actuator 40 has a fixed base 41.
One end surface of the electrode-divided piezoelectric conversion element 20 is fixed on the above by means such as adhesion, and the hemispherical stator 42 is fixed on the other end surface of the element 20 by means such as adhesion. The stator 42 is made of ceramics in order to ensure wear resistance and electrical insulation with respect to the split electrodes exposed on the end faces.

【0079】ステータ42には、回転自在に支持された
球体43を図示しないばね等の手段により適当な押圧力
で押圧してステータ42と球体43とを適当な摩擦力で
摩擦接触させる。
A spherical body 43 rotatably supported is pressed against the stator 42 by an appropriate pressing force by means such as a spring (not shown) to bring the stator 42 and the spherical body 43 into frictional contact with each other with an appropriate frictional force.

【0080】以上の構成において、電極分割圧電変換素
子20の分割電極端子と接地電極端子との間に交流電圧
を印加すると、素子20及びこれに固定されているステ
ータ42には、先に図6乃至図10で説明したような、
多様な振動モードの振動が発生するから、ステータ42
に摩擦接触している球体43を多自由度で駆動すること
ができる。
In the above structure, when an AC voltage is applied between the divided electrode terminal of the electrode-divided piezoelectric conversion element 20 and the ground electrode terminal, the element 20 and the stator 42 fixed to the element are previously subjected to the operation shown in FIG. Through as described in FIG.
Since vibrations of various vibration modes are generated, the stator 42
The spherical body 43, which is in frictional contact with, can be driven with multiple degrees of freedom.

【0081】図22は、上記した多自由度アクチエータ
40を応用した3軸方向に自在に回転する監視カメラ5
0の構成を説明する断面図、図23はその外観を示す斜
視図である。
FIG. 22 is a monitoring camera 5 to which the multi-degree-of-freedom actuator 40 described above is applied and which freely rotates in three axial directions.
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining the configuration of No. 0, and FIG. 23 is a perspective view showing its appearance.

【0082】監視カメラ50は、外箱51の内部に、前
記した多自由度アクチエータ40が固定配置され、外箱
51の内部に複数箇所に配置されたばね53とボール5
2からなる支持手段により支持された球体43が、この
多自由度アクチエータ40のステータ42に適当な摩擦
力で摩擦接触した構成を備えている。
In the surveillance camera 50, the above-mentioned multi-degree-of-freedom actuator 40 is fixedly arranged inside an outer case 51, and springs 53 and balls 5 arranged at a plurality of places inside the outer case 51.
The spherical body 43 supported by the supporting means consisting of 2 is in frictional contact with the stator 42 of the multi-degree-of-freedom actuator 40 by an appropriate frictional force.

【0083】球体43には窓43aが形成されており、
球体43の内部にはレンズ装置45及びCCDセンサ4
6が配置されており、窓43aから入射した外光がCC
Dセンサ46に結像し、画像信号が図示されていない画
像処理装置に出力されるように構成されている。
A window 43a is formed in the sphere 43,
A lens device 45 and a CCD sensor 4 are provided inside the sphere 43.
6 is arranged, and the external light incident from the window 43a is CC
An image is formed on the D sensor 46, and an image signal is output to an image processing device (not shown).

【0084】以上の構成によれば、この監視カメラ50
は、多自由度アクチエータ40を駆動して球体43を監
視しようとする任意の方向に回転させ、窓43aを通し
て外界の状況をCCDセンサ46に結像させることがで
きるもので、駆動機構を小さく構成でき、監視カメラ全
体を小さくすることができる。
According to the above configuration, this surveillance camera 50
Is capable of driving the multi-degree-of-freedom actuator 40 to rotate the sphere 43 in an arbitrary direction to be monitored and forming an image of the external environment on the CCD sensor 46 through the window 43a. Therefore, the entire surveillance camera can be downsized.

【0085】以上説明した、この発明の実施の形態の積
層型の圧電変換素子では、複数の帯状電極を備えたシー
ト状の圧電素子を使用しているが、この複数の帯状電極
を備えたシート状の圧電素子は1枚に限られるものでは
なく、必要とする大きさの機械的出力、或いは必要とす
る大きさの電気的出力を取り出すために、複数枚を重畳
して使用できることは言うまでもない。また、捲上げに
よる積層数の増加でも機械的出力、或いは電気的出力を
大きくすることができる。これにより、アクチエータに
応用したときは、推力の大きなアクチエータが容易に得
られる。また、回転角速度検出器に応用したときは、大
きな電気的出力により信号対雑音比(S/N比)を改善
することができる等の効果が得られる。
In the laminated piezoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention described above, the sheet-shaped piezoelectric element having a plurality of strip electrodes is used. However, the sheet having a plurality of strip electrodes is used. It is needless to say that the number of piezoelectric elements is not limited to one, and a plurality of piezoelectric elements can be used in superposition in order to obtain a required mechanical output or a required electrical output. . In addition, the mechanical output or the electrical output can be increased even if the number of layers is increased by winding. As a result, when applied to an actuator, an actuator with large thrust can be easily obtained. Further, when applied to a rotational angular velocity detector, it is possible to obtain an effect such as improving a signal-to-noise ratio (S / N ratio) by a large electric output.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上詳細に説明したとおり、この発明の
積層型の圧電変換素子は、セラミックス系圧電材料から
なるシート状の圧電素子を複数の帯状電極と全面電極で
挟むように積層して捲上げて柱状体又は筒状体に形成し
たものである。
As described in detail above, in the laminated piezoelectric conversion element of the present invention, a sheet-shaped piezoelectric element made of a ceramic-based piezoelectric material is laminated and wound so as to be sandwiched between a plurality of strip electrodes and a full-scale electrode. It is raised to form a columnar body or a tubular body.

【0087】そして、帯状電極が柱状体又は筒状体の軸
方向に平行に配置され、柱状体又は筒状体をその周方向
に少くとも2以上の複数領域に分割し、複数の帯状電極
を複数領域に分割されたいずれかの分割領域の1つに属
するように構成したときは、分割された一部の領域に属
する帯状電極又は全領域の帯状電極と全面電極との間に
選択的に電圧を印加して励振することにより、圧電変換
素子に伸縮モード振動、屈曲モード振動、楕円モード振
動、或いは捩れ振動モード等、多様な振動モードを発生
させることができる。
Then, the strip electrodes are arranged in parallel with the axial direction of the columnar body or the tubular body, and the columnar body or the tubular body is divided into at least two or more plural regions in the circumferential direction, and the plurality of strip electrode is arranged. When it is configured to belong to one of the divided regions divided into a plurality of regions, the strip-shaped electrode belonging to a part of the divided region or the strip-shaped electrode of the entire region and the entire surface electrode are selectively By applying a voltage to excite the piezoelectric transducer, various vibration modes such as expansion mode vibration, bending mode vibration, elliptical mode vibration, and torsional vibration mode can be generated.

【0088】そして、この圧電変換素子を使用して圧電
振動子を構成するときは、屈曲振動モードでの振動を発
生させることが容易となり、効率のよい圧電振動子を提
供することができる。
When a piezoelectric vibrator is constructed by using this piezoelectric conversion element, it becomes easy to generate vibration in the bending vibration mode, and an efficient piezoelectric vibrator can be provided.

【0089】また、この圧電変換素子を使用した圧電振
動ジャイロ検出器を回転角速度検出器として使用すると
きも信号対雑音比(S/N比)のよい検出信号を得るこ
とができる。
Further, even when the piezoelectric vibration gyro detector using this piezoelectric conversion element is used as a rotational angular velocity detector, a detection signal having a good signal-to-noise ratio (S / N ratio) can be obtained.

【0090】このほか、この圧電変換素子を使用したア
クチエータは、伸縮モード振動、屈曲モード振動、楕円
モード振動、或いは捩れ振動モード等、多様な振動モー
ドで動作させることができるから、被駆動体に多様な運
動をさせるアクチエータを簡単な構成により、しかも非
常に小型に作成することができる。
In addition, since the actuator using this piezoelectric conversion element can be operated in various vibration modes such as expansion mode vibration, bending mode vibration, elliptical mode vibration, or torsional vibration mode, it can be operated on the driven body. It is possible to make an actuator that makes various movements with a simple structure and in a very small size.

【0091】このように、この圧電変換素子は多様な振
動モードで動作させることができるから、圧電振動子、
圧電振動ジャイロ検出器、アクチエータなど多様な用途
に使用することができるものである。
As described above, since this piezoelectric conversion element can be operated in various vibration modes, the piezoelectric vibrator,
It can be used for various applications such as piezoelectric vibration gyro detectors and actuators.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施の形態の圧電変換素子を構成する素
材としての圧電素子とその表面及び裏面に形成された電
極を説明する斜視図。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a piezoelectric element as a material forming a piezoelectric conversion element according to a first embodiment and electrodes formed on a front surface and a back surface thereof.

【図2】電極が形成された圧電素子を略中央部で2つ折
りした状態を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a piezoelectric element having electrodes is folded in two at a substantially central portion.

【図3】2つ折りした圧電素子を端面から見た拡大図。FIG. 3 is an enlarged view of a two-folded piezoelectric element as seen from an end surface.

【図4】圧電素子を捲上げて柱状体とした圧電変換素子
を端面から見た拡大図。
FIG. 4 is an enlarged view of a piezoelectric conversion element when the piezoelectric element is rolled up into a columnar body as seen from an end surface.

【図5】圧電変換素子の端面を周方向に沿って分割して
分割電極に端子を接続した状態を示す斜視図。
FIG. 5 is a perspective view showing a state where the end surface of the piezoelectric conversion element is divided along the circumferential direction and terminals are connected to the divided electrodes.

【図6】周方向電極分割圧電変換素子に発生する各種振
動モードを説明する図。
FIG. 6 is a diagram illustrating various vibration modes generated in a circumferential electrode divided piezoelectric conversion element.

【図7】周方向電極分割圧電変換素子の中心軸I方向の
伸縮振動を説明する図。
FIG. 7 is a diagram for explaining stretching vibration in the central axis I direction of the circumferential electrode division piezoelectric conversion element.

【図8】周方向電極分割圧電変換素子のX平面内での屈
曲振動及び楕円振動を説明する図。
FIG. 8 is a diagram for explaining bending vibration and elliptical vibration in the X plane of the circumferential electrode divided piezoelectric conversion element.

【図9】周方向電極分割圧電変換素子のY平面内での屈
曲振動及び楕円振動を説明する図。
FIG. 9 is a diagram for explaining bending vibration and elliptical vibration in the Y plane of the circumferential electrode divided piezoelectric conversion element.

【図10】周方向電極分割圧電変換素子のZ平面内での
円振動を説明する図。
FIG. 10 is a diagram for explaining circular vibration in the Z plane of the circumferential electrode division piezoelectric conversion element.

【図11】第2の実施の形態の圧電変換素子を構成する
素子とその表面に形成される電極を説明する斜視図。
FIG. 11 is a perspective view illustrating an element that constitutes the piezoelectric conversion element according to the second embodiment and an electrode formed on the surface thereof.

【図12】第2の実施の形態の圧電変換素子の捩れ歪み
振動を説明する図。
FIG. 12 is a diagram illustrating torsional strain vibration of the piezoelectric conversion element according to the second embodiment.

【図13】第3の実施の形態の圧電変換素子を構成する
素子とその表面に形成される電極を説明する斜視図。
FIG. 13 is a perspective view illustrating an element forming a piezoelectric conversion element according to a third embodiment and electrodes formed on the surface thereof.

【図14】第3の実施の形態の圧電変換素子の捩れ歪み
振動を説明する図。
FIG. 14 is a diagram for explaining torsional strain vibration of the piezoelectric conversion element according to the third embodiment.

【図15】第4の実施の形態の圧電変換素子を構成する
素子とその表面に形成される電極を説明する斜視図。
FIG. 15 is a perspective view illustrating an element forming a piezoelectric conversion element according to a fourth embodiment and electrodes formed on the surface thereof.

【図16】第4の実施の形態の圧電変換素子の捩れ歪み
振動を説明する図。
FIG. 16 is a diagram for explaining torsional strain vibration of the piezoelectric conversion element according to the fourth embodiment.

【図17】周方向電極分割圧電変換素子を使用したジャ
イロ振動ユニットの外観を説明する図。
FIG. 17 is a view for explaining the external appearance of a gyro vibrating unit using a circumferential electrode divided piezoelectric conversion element.

【図18】図11に示すジャイロ振動ユニットに発生す
る屈曲振動の節を説明する図。
FIG. 18 is a diagram illustrating nodes of flexural vibration generated in the gyro vibrating unit shown in FIG. 11.

【図19】周方向電極分割圧電変換素子に発生する楕円
振動を応用したアクチエータを構成要素に分解した斜視
図。
FIG. 19 is a perspective view in which an actuator to which an elliptical vibration generated in a circumferential electrode division piezoelectric conversion element is applied is disassembled into its constituent elements.

【図20】図19に示すアクチエータの断面図。20 is a cross-sectional view of the actuator shown in FIG.

【図21】周方向電極分割圧電変換素子に発生する多様
な振動モードを応用した多自由度アクチエータの構成を
説明する斜視図。
FIG. 21 is a perspective view illustrating a configuration of a multi-degree-of-freedom actuator that applies various vibration modes generated in a circumferential electrode division piezoelectric conversion element.

【図22】図21に示す多自由度アクチエータを応用し
た監視カメラの構成を説明する断面図。
22 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a surveillance camera to which the multi-degree-of-freedom actuator shown in FIG. 21 is applied.

【図23】図22に示す監視カメラの外観を示す斜視
図。
23 is a perspective view showing the outer appearance of the surveillance camera shown in FIG. 22. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 圧電素子 11a 圧電素子の表面 11b 圧電素子の裏面 12 帯状電極 13 全面電極(ベタ電極) 14 折曲部 15 圧電変換素子 16a、16b、16c、16d 分割領域 20 周方向電極分割圧電変換素子 20a、20b 屈曲振動の節 21 ジャイロ振動ユニット 22 支持台 30 回転型のアクチエータ 31 固定台 32 ステータ 33 ロータ 34 スラストベアリング 35 軸 36 スプリング 37 ナット 40 多自由度アクチエータ 41 固定台 42 ステータ 43 球体 43a 窓 45 レンズ装置 46 CCDセンサ 50 監視カメラ 51 外箱 52 ボール 53 ばね 60、68、70 圧電変換素子 61、63、65、71 圧電素子 62 全面電極(ベタ電極) 64、66、72、73 帯状電極 A1、A2、A3、A4 分割電極端子 G 接地電極端子 11 Piezoelectric element 11a surface of piezoelectric element 11b Back side of piezoelectric element 12 strip electrodes 13 Full surface electrode (solid electrode) 14 Folding section 15 Piezoelectric conversion element 16a, 16b, 16c, 16d divided areas 20 Piezoelectric conversion element with circumferential electrode division 20a, 20b Flexural vibration node 21 Gyro vibration unit 22 Support 30 rotary actuator 31 fixed base 32 stator 33 rotor 34 Thrust bearing 35 axes 36 spring 37 nuts 40 multi-degree-of-freedom actuator 41 fixed base 42 Stator 43 sphere 43a window 45 lens device 46 CCD sensor 50 surveillance cameras 51 outer box 52 balls 53 spring 60, 68, 70 Piezoelectric conversion element 61, 63, 65, 71 Piezoelectric element 62 Full surface electrode (solid electrode) 64, 66, 72, 73 Strip electrodes A1, A2, A3, A4 split electrode terminals G ground electrode terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/08 Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 41/08 Z

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス系圧電材料からなるシート
状の圧電素子を複数の帯状電極と全面電極とで挟むよう
にして積層して捲上げ、柱状体又は筒状体に形成したこ
とを特徴とする圧電変換素子。
1. A piezoelectric conversion characterized in that a sheet-shaped piezoelectric element made of a ceramic-based piezoelectric material is laminated and wound so as to be sandwiched between a plurality of strip electrodes and a full-scale electrode, and formed into a columnar body or a cylindrical body. element.
【請求項2】 前記柱状体又は筒状体はその周方向に沿
って少くとも2以上の複数領域に分割され、前記複数の
帯状電極は前記複数領域に分割されたいずれかの分割領
域の1つに属するように構成されていることを特徴とす
る請求項1記載の圧電変換素子。
2. The columnar body or the tubular body is divided into at least two or more plural regions along the circumferential direction thereof, and the plurality of strip electrodes is one of the divided regions divided into the plural regions. 2. The piezoelectric conversion element according to claim 1, wherein the piezoelectric conversion element is configured to belong to one of the groups.
【請求項3】 前記複数の帯状電極の端部は前記柱状体
又は筒状体の中心軸方向の一方の端面に露出し、前記全
面電極の端部は前記複数の帯状電極が露出した端面とは
反対方向の端面に露出していることを特徴とする請求項
1又は2に記載の圧電変換素子。
3. The end portions of the plurality of strip electrodes are exposed on one end surface of the columnar body or the tubular body in the central axis direction, and the end portions of the full surface electrode are the end surfaces on which the plurality of strip electrodes are exposed. Is exposed on the end face in the opposite direction, The piezoelectric conversion element according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記複数の分割領域には、それぞれの分
割領域に属する帯状電極へ給電する共通の給電端子が設
けられ、該給電端子は前記柱状体又は筒状体の端面に露
出している帯状電極の端部に接続されていることを特徴
とする請求項2記載の圧電変換素子。
4. A common power supply terminal for supplying power to a strip electrode belonging to each of the plurality of divided areas is provided, and the power supply terminal is exposed at an end surface of the columnar body or the cylindrical body. The piezoelectric conversion element according to claim 2, wherein the piezoelectric conversion element is connected to an end of the strip electrode.
【請求項5】 前記複数の帯状電極は、前記柱状体又は
筒状体の軸方向に平行に配置されていることを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電変換素子。
5. The piezoelectric conversion element according to claim 1, wherein the plurality of strip electrodes are arranged parallel to the axial direction of the columnar body or the cylindrical body.
【請求項6】 前記複数の帯状電極は、前記柱状体又は
筒状体の軸方向に対し傾斜して配置されていることを特
徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電変換素
子。
6. The piezoelectric conversion element according to claim 1, wherein the plurality of strip electrodes are arranged so as to be inclined with respect to the axial direction of the columnar body or the cylindrical body. .
【請求項7】 前記複数の帯状電極は、少くとも2以上
の群に分割され、分割された1つの群に属する帯状電極
と他の群に属する帯状電極とは、前記柱状体又は筒状体
の軸方向に対して異なる角度で傾斜して配置されている
ことを特徴とする請求項6記載の圧電変換素子。
7. The plurality of strip electrodes are divided into at least two or more groups, and the strip electrodes belonging to one group and the strip electrodes belonging to the other group are the columnar body or the tubular body. 7. The piezoelectric conversion element according to claim 6, wherein the piezoelectric conversion element is arranged so as to be inclined at different angles with respect to the axial direction.
【請求項8】 セラミックス系圧電材料からなるシート
状の圧電素子を複数の帯状電極と全面電極とで挟むよう
にして積層して捲上げ、柱状体又は筒状体に形成した圧
電変換素子を使用した圧電振動子であって、 前記柱状体又は筒状体はその周方向に沿って少くとも2
以上の複数領域に分割され、前記複数の帯状電極は前記
複数領域に分割されたいずれかの分割領域の1つに属す
るように構成され、 前記分割された一部の領域に属する帯状電極又は全領域
の帯状電極と全面電極との間に選択的に電圧を印加して
励振することにより、前記圧電変換素子に伸縮モード振
動、屈曲モード振動、又は楕円モード振動を発生させる
ことを特徴とする複数の振動モードで振動可能な圧電振
動子。
8. A piezoelectric element using a piezoelectric conversion element formed into a columnar body or a cylindrical body by laminating a sheet-shaped piezoelectric element made of a ceramic-based piezoelectric material with a plurality of strip electrodes and a full-face electrode, and winding the laminated piezoelectric element. A vibrator, wherein the columnar body or the tubular body is at least 2 along the circumferential direction.
The plurality of strip electrodes are divided into the plurality of regions, and the plurality of strip electrodes are configured to belong to one of the divided regions divided into the plurality of regions. A plurality of electrodes are characterized in that expansion and contraction mode vibration, bending mode vibration, or elliptical mode vibration is generated in the piezoelectric conversion element by selectively applying a voltage between the strip electrode and the entire surface electrode of the region to excite it. Piezoelectric vibrator that can vibrate in the vibration mode.
【請求項9】 セラミックス系圧電材料からなるシート
状の圧電素子を複数の帯状電極と全面電極とで挟むよう
にして積層して捲上げ、柱状体又は筒状体に形成した圧
電変換素子を使用した圧電振動ジャイロ検出器であっ
て、 前記柱状体又は筒状体はその周方向に沿って少くとも2
以上の複数領域に分割され、前記複数の帯状電極は前記
複数領域に分割されたいずれかの分割領域の1つに属す
るように構成され、 前記分割された一部の領域に属する帯状電極又は全領域
の帯状電極と全面電極との間に選択的に電圧を印加して
励振することにより、前記圧電変換素子に伸縮モード振
動、屈曲モード振動、又は楕円モード振動を発生させ、 電圧を印加しない分割領域に属する帯状電極と全面電極
との間に発生する信号電圧を圧電変換素子に加わる角速
度信号として検出することを特徴とする圧電振動ジャイ
ロ検出器。
9. A piezoelectric element using a piezoelectric conversion element formed into a columnar body or a tubular body by laminating a sheet-shaped piezoelectric element made of a ceramics-based piezoelectric material with a plurality of strip electrodes and a full-face electrode, and laminating the sheet-shaped piezoelectric element. A vibrating gyroscope, wherein the columnar body or the tubular body is at least 2 along the circumferential direction.
The plurality of strip electrodes are divided into the plurality of regions, and the plurality of strip electrodes are configured to belong to one of the divided regions divided into the plurality of regions. By applying a voltage selectively between the strip electrode and the entire surface electrode in the region to excite it, expansion / contraction mode vibration, bending mode vibration, or elliptical mode vibration is generated in the piezoelectric conversion element, and no voltage is applied. A piezoelectric vibrating gyroscope characterized by detecting a signal voltage generated between a strip electrode belonging to a region and a full surface electrode as an angular velocity signal applied to a piezoelectric conversion element.
【請求項10】 請求項8に記載された圧電振動子と、
該圧電振動子に圧接された回転体を備え、前記圧電振動
子に楕円モード振動を発生させることにより前記回転体
を回転させることを特徴とする圧電アクチエータ。
10. The piezoelectric vibrator according to claim 8,
A piezoelectric actuator, comprising: a rotating body pressed against the piezoelectric vibrator, wherein the rotating body is rotated by generating elliptical mode vibration in the piezoelectric vibrator.
【請求項11】 請求項8に記載された圧電振動子と、
該圧電振動子に圧接されると共に廻転自在に支持された
球状ロータを備え、前記圧電振動子に屈曲モード振動、
楕円モード振動を発生させることにより前記回転体を自
在に回転させることを特徴とする圧電アクチエータ。
11. A piezoelectric vibrator according to claim 8,
A spherical rotor that is pressed against the piezoelectric vibrator and is rotatably supported, and the piezoelectric vibrator includes bending mode vibration;
A piezoelectric actuator, wherein the rotating body is freely rotated by generating elliptical mode vibration.
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JP2005312230A (en) * 2004-04-23 2005-11-04 Konica Minolta Holdings Inc Roll electromechanical conversion element
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