JP2003046156A - 積層電気−機械エネルギー変換素子および振動波駆動装置 - Google Patents
積層電気−機械エネルギー変換素子および振動波駆動装置Info
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】積層電気−機械エネルギー変換素子のグランド
やセンサと簡単に導通がとれ、また、小型化に適した積
層圧電素子を提供する。 【解決手段】スルーホールにより電極層間の導通が計ら
れた積層圧電素子において、従来は一方の面側にのみ導
通するスルーホルを露出させて表面電極を形成していた
が、本発明では、もう一方の面側にもこのスルーホルを
露出させて表面電極を形成するようにした。
やセンサと簡単に導通がとれ、また、小型化に適した積
層圧電素子を提供する。 【解決手段】スルーホールにより電極層間の導通が計ら
れた積層圧電素子において、従来は一方の面側にのみ導
通するスルーホルを露出させて表面電極を形成していた
が、本発明では、もう一方の面側にもこのスルーホルを
露出させて表面電極を形成するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気−機械エネル
ギ変換機能を有する材料の層と電極材料の層とを交互に
複数の層を重ねて形成された積層電気−機械エネルギー
変換素子および振動波駆動装置に係り、特に積層素子の
スルーホールと繋がる表面電極に関し、振動波モータ等
の振動波駆動装置に適したものである。
ギ変換機能を有する材料の層と電極材料の層とを交互に
複数の層を重ねて形成された積層電気−機械エネルギー
変換素子および振動波駆動装置に係り、特に積層素子の
スルーホールと繋がる表面電極に関し、振動波モータ等
の振動波駆動装置に適したものである。
【０００２】
【従来の技術】振動波モータ等の振動波駆動装置を構成
する振動体の、振動発生源としての素子の例としては以
下のように、円柱状の金属やセラミックスからなるブロ
ック間に素子を挟持しそのブロックに曲げ振動を起さ
せ、この曲げ振動により生ずるブロック表面の任意の一
点の円または楕円運動によりこのブロックに接する接触
部材に回転運動を与える棒状の振動波モータの振動体の
振動発生源としての素子、またリング状の弾性体の片面
に例えば接着剤により素子を固定し２つの定在波の合成
により回転運動を与えるリング状の振動体の振動発生源
としての素子がある。
する振動体の、振動発生源としての素子の例としては以
下のように、円柱状の金属やセラミックスからなるブロ
ック間に素子を挟持しそのブロックに曲げ振動を起さ
せ、この曲げ振動により生ずるブロック表面の任意の一
点の円または楕円運動によりこのブロックに接する接触
部材に回転運動を与える棒状の振動波モータの振動体の
振動発生源としての素子、またリング状の弾性体の片面
に例えば接着剤により素子を固定し２つの定在波の合成
により回転運動を与えるリング状の振動体の振動発生源
としての素子がある。
【０００３】さらに、具体的には棒状の振動波モータに
使用される素子の例として、特開平３−４０７６７号公
報、特開平３−１１７３８４号公報等に記載されている
圧電素子にあっては、図１１に示す一板の板状の単板の
圧電素子ａのように、円形で表（おもて）面は分極方向
が左右で逆向きの（＋）、（−）である領域と一致する
領域に電極材料の層（以下、電極層）ｌ1 ，ｌ2 をスリ
ットＳを介して圧電材ａ′の上に設けてあり、裏面は全
面が電極層ｌ3 を設けてある。この単板の圧電素子ａを
複数枚用いて図１２に示す棒状の振動波モータの振動体
ｅのように、複数のそして位置的に９０度の位相差も一
部の圧電素子には与えつつ圧電素子ａ1〜ａ5 を外部電
気回路と結ながっている金属製の電極板ｂ1 〜ｂ6 を挟
んで積層化し金属やセラミックスからなるブロックｄ1
とｄ2 とボルトｃによって組み付けて固定してある。
使用される素子の例として、特開平３−４０７６７号公
報、特開平３−１１７３８４号公報等に記載されている
圧電素子にあっては、図１１に示す一板の板状の単板の
圧電素子ａのように、円形で表（おもて）面は分極方向
が左右で逆向きの（＋）、（−）である領域と一致する
領域に電極材料の層（以下、電極層）ｌ1 ，ｌ2 をスリ
ットＳを介して圧電材ａ′の上に設けてあり、裏面は全
面が電極層ｌ3 を設けてある。この単板の圧電素子ａを
複数枚用いて図１２に示す棒状の振動波モータの振動体
ｅのように、複数のそして位置的に９０度の位相差も一
部の圧電素子には与えつつ圧電素子ａ1〜ａ5 を外部電
気回路と結ながっている金属製の電極板ｂ1 〜ｂ6 を挟
んで積層化し金属やセラミックスからなるブロックｄ1
とｄ2 とボルトｃによって組み付けて固定してある。
【０００４】この圧電素子ａ1 〜ａ4 が駆動用に、圧電
素子ａ5 は制御用の信号を出力するセンサとして使用し
ている。この圧電素子ａは、一般に圧電性を有するセラ
ミックス粉末をプレス法や押し出し法により成形し焼成
してできる圧電材（圧電セラミックス）を一定厚さに加
工し、円形状に加工後、蒸着法や印刷法により電極層ｌ
1 〜ｌ3 を形成し、これらの電極層を利用して分極処理
を行い、分極方向（＋）、（−）を与えるようにして作
られる。
素子ａ5 は制御用の信号を出力するセンサとして使用し
ている。この圧電素子ａは、一般に圧電性を有するセラ
ミックス粉末をプレス法や押し出し法により成形し焼成
してできる圧電材（圧電セラミックス）を一定厚さに加
工し、円形状に加工後、蒸着法や印刷法により電極層ｌ
1 〜ｌ3 を形成し、これらの電極層を利用して分極処理
を行い、分極方向（＋）、（−）を与えるようにして作
られる。
【０００５】一方、最近圧電材料の層と電極材料の層を
交互に重ね積層化して作った積層電気−機械エネルギー
変換素子としての積層圧電素子が注目され、振動発生源
の小型化や低電圧化が試みられており、例えば特開平８
−２１３６６４号公報に記載されている。図１３は棒状
の振動波モータのために開発された積層圧電素子ｆであ
り、電極材料の層（以下、内部電極層）４と５を、電気
機械エネルギ変換機能を有する材料である圧電材料の層
の上に設け、交互に重ね、層間の導通を計る８本の層間
配線２により接続した素子である。
交互に重ね積層化して作った積層電気−機械エネルギー
変換素子としての積層圧電素子が注目され、振動発生源
の小型化や低電圧化が試みられており、例えば特開平８
−２１３６６４号公報に記載されている。図１３は棒状
の振動波モータのために開発された積層圧電素子ｆであ
り、電極材料の層（以下、内部電極層）４と５を、電気
機械エネルギ変換機能を有する材料である圧電材料の層
の上に設け、交互に重ね、層間の導通を計る８本の層間
配線２により接続した素子である。
【０００６】この層間配線２は、小穴を設けその中に導
電金属を充填したいわゆるスルーホールと呼ばれてい
る。また一方の端面である表（おもて）面には８本の層
間配線２が露出して８個の表面電極３を形成して、積層
圧電素子ｆの電極層４，５の４分割された領域の各々に
電圧を印加できるようにしている。図１４はこの積層圧
電素子ｆを表面および裏面から見た図で、表面のみ表面
電極３が露出している。
電金属を充填したいわゆるスルーホールと呼ばれてい
る。また一方の端面である表（おもて）面には８本の層
間配線２が露出して８個の表面電極３を形成して、積層
圧電素子ｆの電極層４，５の４分割された領域の各々に
電圧を印加できるようにしている。図１４はこの積層圧
電素子ｆを表面および裏面から見た図で、表面のみ表面
電極３が露出している。
【０００７】図１５は積層圧電素子ｆを組み込んだ振動
波モータの断面図を示し、金属やセラミックスの弾性体
からなるブロックｄ1 とｄ2 とにより挟持され、同時に
配線基板ｇを用いて、積層圧電素子ｆの表面に露出した
各々の表面電極３と外部電気回路（不図示）との導通を
計りボルトｃにより締めつけ固定して振動体ｈを作って
いる。
波モータの断面図を示し、金属やセラミックスの弾性体
からなるブロックｄ1 とｄ2 とにより挟持され、同時に
配線基板ｇを用いて、積層圧電素子ｆの表面に露出した
各々の表面電極３と外部電気回路（不図示）との導通を
計りボルトｃにより締めつけ固定して振動体ｈを作って
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述の２つの従来例に
おいて、単板の圧電素子を複数枚用いた振動波モータの
例である図１２と、積層圧電素子を１個用いた振動波モ
ータの例である図１５の違いは２つある。
おいて、単板の圧電素子を複数枚用いた振動波モータの
例である図１２と、積層圧電素子を１個用いた振動波モ
ータの例である図１５の違いは２つある。
【０００９】一つは金属ブロックｄ1 ，ｄ2 およびボル
トｃが図１２の例では金属板ｂを介して圧電素子の電気
的なグランドと導通し同電位になっているのに対し、図
１５では積層圧電素子とは導通しておらず、金属ブロッ
クｄ1 ，ｄ2 とボルトｃは電気的に浮いた状態すなわち
絶縁された状態になっていた。そのため、図１５の積層
圧電素子を用いた振動波モータの場合は浮遊キャパシタ
ンスなどの発生による電気的なノイズの発生が起こった
りしていた。
トｃが図１２の例では金属板ｂを介して圧電素子の電気
的なグランドと導通し同電位になっているのに対し、図
１５では積層圧電素子とは導通しておらず、金属ブロッ
クｄ1 ，ｄ2 とボルトｃは電気的に浮いた状態すなわち
絶縁された状態になっていた。そのため、図１５の積層
圧電素子を用いた振動波モータの場合は浮遊キャパシタ
ンスなどの発生による電気的なノイズの発生が起こった
りしていた。
【００１０】また、もう一つは図１２の例では１枚の圧
電素子ａ5 が制御用の信号を出力するセンサとして用い
ているが、図１５の場合ではとくにセンサは設けておら
ず、センサを使わず振動波モータの制御を行っていたた
め、振動体の機械的な振動状態をセンジングしながら行
う細かな制御は行えなかった。
電素子ａ5 が制御用の信号を出力するセンサとして用い
ているが、図１５の場合ではとくにセンサは設けておら
ず、センサを使わず振動波モータの制御を行っていたた
め、振動体の機械的な振動状態をセンジングしながら行
う細かな制御は行えなかった。
【００１１】そこで、本願発明の目的は、金属ブロック
と積層電気−機械エネルギー変換素子のグランドとが簡
単に導通がとれ、また積層電気−機械エネルギー変換素
子の内部電極層を使ってセンサとして利用できる積層電
気−機械エネルギー変換素子およびこの電気−機械エネ
ルギー変換素子を振動源とする振動波駆動装置を提供す
るものである。
と積層電気−機械エネルギー変換素子のグランドとが簡
単に導通がとれ、また積層電気−機械エネルギー変換素
子の内部電極層を使ってセンサとして利用できる積層電
気−機械エネルギー変換素子およびこの電気−機械エネ
ルギー変換素子を振動源とする振動波駆動装置を提供す
るものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、電気−機
械エネルギ変換機能を有する材料の層と電極材料の層と
を交互に複数重ねて積層化し、スルーホールを用いて前
記複数の電極材料の層の層間の導通を計った積層電気−
機械エネルギー変換素子において、一方の端面にはスル
ーホールが露出して導通可能な複数の第１の電極を有
し、他方の端面に少なくともひとつのスルーホールが露
出して導通可能な第２の電極を有することを特徴とす
る。
械エネルギ変換機能を有する材料の層と電極材料の層と
を交互に複数重ねて積層化し、スルーホールを用いて前
記複数の電極材料の層の層間の導通を計った積層電気−
機械エネルギー変換素子において、一方の端面にはスル
ーホールが露出して導通可能な複数の第１の電極を有
し、他方の端面に少なくともひとつのスルーホールが露
出して導通可能な第２の電極を有することを特徴とす
る。
【００１３】第２の発明は、上記第１の発明で、前記第
２の電極は、電気−機械エネルギー変換素子の電気的な
グランド機能をなす部分と素子内部で導通していること
を特徴とする。
２の電極は、電気−機械エネルギー変換素子の電気的な
グランド機能をなす部分と素子内部で導通していること
を特徴とする。
【００１４】第３の発明は、上記第１の発明で、前記第
２の電極は、積層電気−機械エネルギー変換素子内部に
設けられ、機械エネルギを電気エネルギに変換して得ら
れる電気的信号を発生する電極層と導通していることを
特徴とする。
２の電極は、積層電気−機械エネルギー変換素子内部に
設けられ、機械エネルギを電気エネルギに変換して得ら
れる電気的信号を発生する電極層と導通していることを
特徴とする。
【００１５】第４の発明は、上記第３または第４の発明
で、前記第２の電極は、電気−機械エネルギー変換素子
の電気的なグランド機能をなす部分と素子内部で導通し
ている電極と、積層電気−機械エネルギー変換素子内部
に設けられ、機械エネルギを電気エネルギに変換して得
られる電気的信号を発生する電極層と導通している電極
とを有していることを特徴とする。
で、前記第２の電極は、電気−機械エネルギー変換素子
の電気的なグランド機能をなす部分と素子内部で導通し
ている電極と、積層電気−機械エネルギー変換素子内部
に設けられ、機械エネルギを電気エネルギに変換して得
られる電気的信号を発生する電極層と導通している電極
とを有していることを特徴とする。
【００１６】第５の発明は、上記第３または第４の発明
で、前記電気的な信号を発生する電極層と対向するグラ
ンドが駆動用の電圧のグランドとは電気的に絶縁されて
いることを特徴とする。
で、前記電気的な信号を発生する電極層と対向するグラ
ンドが駆動用の電圧のグランドとは電気的に絶縁されて
いることを特徴とする。
【００１７】第６の発明は、弾性体間に積層電気−機械
エネルギー変換素子を配置すると共に、前記積層電気−
機械エネルギー変換素子の一方の端面と前記弾性体との
間に接続用配線基板を配置し、前記弾性体間を締結手段
で締結することにより、前記弾性体間に前記積層電気−
機械エネルギー変換素子と前記接続用配線基板を挟持固
定した振動体を備えた振動波駆動装置において、前記積
層電気−機械エネルギー変換素子として上記第１または
第２の発明の積層電気−機械エネルギー変換素子を用い
たことを特徴とする。
エネルギー変換素子を配置すると共に、前記積層電気−
機械エネルギー変換素子の一方の端面と前記弾性体との
間に接続用配線基板を配置し、前記弾性体間を締結手段
で締結することにより、前記弾性体間に前記積層電気−
機械エネルギー変換素子と前記接続用配線基板を挟持固
定した振動体を備えた振動波駆動装置において、前記積
層電気−機械エネルギー変換素子として上記第１または
第２の発明の積層電気−機械エネルギー変換素子を用い
たことを特徴とする。
【００１８】第７の発明は、弾性体間に積層電気−機械
エネルギー変換素子を配置すると共に、前記積層電気−
機械エネルギー変換素子の一方の端面および他方の端面
と前記各弾性体との間にそれぞれ接続用配線基板を配置
し、前記弾性体間を締結手段で締結することにより、前
記弾性体間に前記積層電気−機械エネルギー変換素子と
前記各接続用配線基板を挟持固定した振動体を備えた振
動波駆動装置において、前記積層電気−機械エネルギー
変換素子として上記第１または第３の発明の積層電気−
機械エネルギー変換素子を用いたことを特徴とする。
エネルギー変換素子を配置すると共に、前記積層電気−
機械エネルギー変換素子の一方の端面および他方の端面
と前記各弾性体との間にそれぞれ接続用配線基板を配置
し、前記弾性体間を締結手段で締結することにより、前
記弾性体間に前記積層電気−機械エネルギー変換素子と
前記各接続用配線基板を挟持固定した振動体を備えた振
動波駆動装置において、前記積層電気−機械エネルギー
変換素子として上記第１または第３の発明の積層電気−
機械エネルギー変換素子を用いたことを特徴とする。
【００１９】第８の発明は、弾性体間に積層電気−機械
エネルギー変換素子を配置すると共に、前記積層電気−
機械エネルギー変換素子の一方の端面と前記弾性体との
間に駆動用の電圧を供給する接続用配線基板を配置し、
前記弾性体間を締結手段で締結することにより、前記弾
性体間に前記積層電気−機械エネルギー変換素子と前記
接続用配線基板を挟持固定した振動体を備えた振動波駆
動装置において、前記積層電気−機械エネルギー変換素
子として上記第４の発明の積層電気−機械エネルギー変
換素子を用い、前記積層電気−機械エネルギー変換素子
の他方の端面側の接続用配線基板は前記第２の電極のグ
ランド用の電極を前記弾性体に導通させることを特徴と
する。
エネルギー変換素子を配置すると共に、前記積層電気−
機械エネルギー変換素子の一方の端面と前記弾性体との
間に駆動用の電圧を供給する接続用配線基板を配置し、
前記弾性体間を締結手段で締結することにより、前記弾
性体間に前記積層電気−機械エネルギー変換素子と前記
接続用配線基板を挟持固定した振動体を備えた振動波駆
動装置において、前記積層電気−機械エネルギー変換素
子として上記第４の発明の積層電気−機械エネルギー変
換素子を用い、前記積層電気−機械エネルギー変換素子
の他方の端面側の接続用配線基板は前記第２の電極のグ
ランド用の電極を前記弾性体に導通させることを特徴と
する。
【００２０】
【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。
【００２１】図１は積層電気−機械エネルギー変換素子
としての積層圧電素子の分解斜視図および外観斜視図を
示しており、本積層圧電素子１は、圧電層になる圧電セ
ラミックスのグリーンシートにスルーホールになる直径
０．１ｍｍの穴を開け、その中に導電ペーストを充填し
さらにグリーンシートの表面に内部電極層になる電極パ
ターンを導電ペーストを印刷して設け、その後これらの
グリーンシートを複数枚重ね加圧し積層化し、焼成して
から分極処理を行い最終的に機械加工して得た。
としての積層圧電素子の分解斜視図および外観斜視図を
示しており、本積層圧電素子１は、圧電層になる圧電セ
ラミックスのグリーンシートにスルーホールになる直径
０．１ｍｍの穴を開け、その中に導電ペーストを充填し
さらにグリーンシートの表面に内部電極層になる電極パ
ターンを導電ペーストを印刷して設け、その後これらの
グリーンシートを複数枚重ね加圧し積層化し、焼成して
から分極処理を行い最終的に機械加工して得た。
【００２２】図中、積層圧電素子１は、図１３の従来例
の積層圧電素子ｆと同様に、８本のスルーホールによる
層間配線２と、素子の一方の端面である表（おもて）面
にスルーホールの露出した８個の表面電極３が形成され
ている。
の積層圧電素子ｆと同様に、８本のスルーホールによる
層間配線２と、素子の一方の端面である表（おもて）面
にスルーホールの露出した８個の表面電極３が形成され
ている。
【００２３】また、内部電極層４は従来例と同じ４分割
された内部電極層Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を形成してい
るが、内部電極層５も４分割された内部電極層ＧＡ１，
ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２を形成している。具体的に積層
圧電素子１は、外径１０ｍｍ、内径２．８ｍｍ、厚さ約
２．２ｍｍ、圧電材層の厚さ８５μｍ、内部電極層の厚
さ２〜３μｍ、内部電極層４と５の外径９．５ｍｍ、内
部電極層の層数は２４層である。振動波駆動装置として
の振動波モータの駆動のために、電気的なグランドに相
当する内部電極層ＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２に対
し各々内部電極層Ａ１，Ａ２に振動体の固有振動数にほ
ぼ一致した高周波電圧が、内部電極層Ｂ１，Ｂ２にＡ
１，Ａ２と９０゜の位相差を有する高周波電圧が印加さ
れる。
された内部電極層Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を形成してい
るが、内部電極層５も４分割された内部電極層ＧＡ１，
ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２を形成している。具体的に積層
圧電素子１は、外径１０ｍｍ、内径２．８ｍｍ、厚さ約
２．２ｍｍ、圧電材層の厚さ８５μｍ、内部電極層の厚
さ２〜３μｍ、内部電極層４と５の外径９．５ｍｍ、内
部電極層の層数は２４層である。振動波駆動装置として
の振動波モータの駆動のために、電気的なグランドに相
当する内部電極層ＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２に対
し各々内部電極層Ａ１，Ａ２に振動体の固有振動数にほ
ぼ一致した高周波電圧が、内部電極層Ｂ１，Ｂ２にＡ
１，Ａ２と９０゜の位相差を有する高周波電圧が印加さ
れる。
【００２４】また本実施の形態では、図２に示すよう
に、振動波モータを駆動させるために回路基板ｇを介し
て電圧が供給される表面電極３のある端面（表面）とは
異なるもう一方の端面（裏面）に、電気的なグランドで
ある内部電極層ＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２の各層
と導通を計る４本のスルーホールが端面（裏面）上に露
出し表面電極６が形成されている。この結果、図３に示
すように、振動波モータの振動体ｈに組み込んだ場合に
は、弾性体である金属ブロックｄ1 と表面電極６とが接
触し導通しており、さらに金属ブロックｄ1 を介してボ
ルトｃ、金属ブロックｄ2 へも導通され、積層圧電素子
と同電位となる。
に、振動波モータを駆動させるために回路基板ｇを介し
て電圧が供給される表面電極３のある端面（表面）とは
異なるもう一方の端面（裏面）に、電気的なグランドで
ある内部電極層ＧＡ１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２の各層
と導通を計る４本のスルーホールが端面（裏面）上に露
出し表面電極６が形成されている。この結果、図３に示
すように、振動波モータの振動体ｈに組み込んだ場合に
は、弾性体である金属ブロックｄ1 と表面電極６とが接
触し導通しており、さらに金属ブロックｄ1 を介してボ
ルトｃ、金属ブロックｄ2 へも導通され、積層圧電素子
と同電位となる。
【００２５】なお、本実施の形態では表面電極６は４ヶ
としているが、これら４箇の表面電極は全てグランドで
同等でもあるので、表面電極６は１ヶでも良い。
としているが、これら４箇の表面電極は全てグランドで
同等でもあるので、表面電極６は１ヶでも良い。
【００２６】具体的には内部電極層Ａ１，Ａ２とこれと
９０゜の位相差を有して内部電極層Ｂ１，Ｂ２に各々例
えば高周波電圧Ｖp ＝７Ｖを印加すると、振動波モータ
の回転数６００ｒｐｍ、トルク２５ｇ・ｃｍの性能が得
られ、さらに金属ブロックボルトｃも同電位になってい
るため、性能の安定性も増し前述の欠点であったノイズ
の問題は解消できた。また、積層圧電素子の製造にも、
非常に簡単に表面電極は作れるのでコストの増加もほと
んどなく製造可能であった。
９０゜の位相差を有して内部電極層Ｂ１，Ｂ２に各々例
えば高周波電圧Ｖp ＝７Ｖを印加すると、振動波モータ
の回転数６００ｒｐｍ、トルク２５ｇ・ｃｍの性能が得
られ、さらに金属ブロックボルトｃも同電位になってい
るため、性能の安定性も増し前述の欠点であったノイズ
の問題は解消できた。また、積層圧電素子の製造にも、
非常に簡単に表面電極は作れるのでコストの増加もほと
んどなく製造可能であった。
【００２７】（第２の実施の形態）第２の実施の形態
は、積層圧電素子の機械的な振動を電気的な信号に変換
して出力するため、すなわち、センサとしての制御用の
出力を取り出すためのスルーホールの表面電極を設けた
ものである。
は、積層圧電素子の機械的な振動を電気的な信号に変換
して出力するため、すなわち、センサとしての制御用の
出力を取り出すためのスルーホールの表面電極を設けた
ものである。
【００２８】振動波モータ駆動時に圧電素子に加わる圧
力により発生する電圧を振動波モータの制御に用いるこ
とは従来より行なっており、従来例で言えば、図１２に
おいて、圧電素子ａ5 が制御用のセンサとして用いられ
ており、その出力は電極板としての金属板ｂ6 を介して
取り出すことができる。ただし、詳しくは、電極板ｂ 6
と金属ブロックｄ2 の間には絶縁シートを挟み絶縁を計
ったり、高価ではあるが導通しないセラミックス製のブ
ロックを使用している。
力により発生する電圧を振動波モータの制御に用いるこ
とは従来より行なっており、従来例で言えば、図１２に
おいて、圧電素子ａ5 が制御用のセンサとして用いられ
ており、その出力は電極板としての金属板ｂ6 を介して
取り出すことができる。ただし、詳しくは、電極板ｂ 6
と金属ブロックｄ2 の間には絶縁シートを挟み絶縁を計
ったり、高価ではあるが導通しないセラミックス製のブ
ロックを使用している。
【００２９】本実施の形態の積層圧電素子１′は、図４
に示すように、表面電極３を有する端面（表面）とは異
なるもう一方の端面（裏面）側の一層の１／４の面積の
部分にセンサ用の電極層７を設けている。センサ用の電
極層７は、スルーホール８により図５に示す素子端面
（裏面）に露出した表面電極１０と導通している。ここ
で内部電極層の数はセンサ用の電極層を１層追加して合
計２５層であり、第１の実施の形態の積層圧電素子に電
極層を１層追加した層数である。
に示すように、表面電極３を有する端面（表面）とは異
なるもう一方の端面（裏面）側の一層の１／４の面積の
部分にセンサ用の電極層７を設けている。センサ用の電
極層７は、スルーホール８により図５に示す素子端面
（裏面）に露出した表面電極１０と導通している。ここ
で内部電極層の数はセンサ用の電極層を１層追加して合
計２５層であり、第１の実施の形態の積層圧電素子に電
極層を１層追加した層数である。
【００３０】図６は本実施の形態の積層圧電素子１′を
振動波モータの振動体に組み込んだ状態を示す。回路基
板ｇ′を使い表面電極１０から振動波モータの機械的振
動により内部電極層７に発生する電気的信号を外部の回
路に取り出すことができる。この際、センサ用の電極層
である内部電極層７の対向する電極層（GA2）は積層圧
電素子のグランドと同一であるから、外部回路において
信号として電気的に処理されるときには積層圧電素子の
グランドを使う。
振動波モータの振動体に組み込んだ状態を示す。回路基
板ｇ′を使い表面電極１０から振動波モータの機械的振
動により内部電極層７に発生する電気的信号を外部の回
路に取り出すことができる。この際、センサ用の電極層
である内部電極層７の対向する電極層（GA2）は積層圧
電素子のグランドと同一であるから、外部回路において
信号として電気的に処理されるときには積層圧電素子の
グランドを使う。
【００３１】以上の結果、センサ用の電極層を、製造コ
ストをほとんど上げることなく、簡単に追加することが
可能で、また駆動用表面電極とは位置的にも離れている
ので電気的なノイズの影響を受けにくいメリットもあ
り、振動波モータの周波数制御も容易に可能となった。
ストをほとんど上げることなく、簡単に追加することが
可能で、また駆動用表面電極とは位置的にも離れている
ので電気的なノイズの影響を受けにくいメリットもあ
り、振動波モータの周波数制御も容易に可能となった。
【００３２】さらに上記した第１の実施の形態と第２の
実施の形態とを併用した実施の形態を図７に示す。
実施の形態とを併用した実施の形態を図７に示す。
【００３３】図７において、センサ用の電極層７の対向
するグランド層GA2をスルーホール９により導通させて
おり、このスルーホール９は、図８に示す表面電極１１
に導通させ、表面電極１１は図６の回路基板ｇ′に例え
ば導通の可能なスルーホールの穴をあけておき、直接金
属ブロックｄ１と接着させ、一方、スルーホール８に繋
がる表面電極１０は同様に回路基板ｇ′を使い外部回路
と導通させることも可能である。
するグランド層GA2をスルーホール９により導通させて
おり、このスルーホール９は、図８に示す表面電極１１
に導通させ、表面電極１１は図６の回路基板ｇ′に例え
ば導通の可能なスルーホールの穴をあけておき、直接金
属ブロックｄ１と接着させ、一方、スルーホール８に繋
がる表面電極１０は同様に回路基板ｇ′を使い外部回路
と導通させることも可能である。
【００３４】以上の例はスルーホールを積層圧電素子の
両端面である表面・裏面に露出させ表面電極としたが、
露出した表面電極の周囲の表面に電極膜を設けより広い
面積をもった電極としても良い。
両端面である表面・裏面に露出させ表面電極としたが、
露出した表面電極の周囲の表面に電極膜を設けより広い
面積をもった電極としても良い。
【００３５】また、図５、図７ではセンサ用の電極層は
内部電極層ＧＡ２に対向する１／４の面積の部分とした
が、内部電極層ＧＡ１，ＧＡ２またはＧＢ１，ＧＢ２に
対向して一層の１／２の面積の部分に設けても良い。
内部電極層ＧＡ２に対向する１／４の面積の部分とした
が、内部電極層ＧＡ１，ＧＡ２またはＧＢ１，ＧＢ２に
対向して一層の１／２の面積の部分に設けても良い。
【００３６】図９は図７の実施の形態の変形例を示し、
この実施の形態の積層圧電素子１′−２が図７の積層圧
電素子と異なるのは、電極層７´にスルーホール９“
が形成され、該電極層７´を有するグランド層５の直ぐ
上の圧電材層には、スルーホール９”に対応してスルー
ホールが形成されていない点にある。
この実施の形態の積層圧電素子１′−２が図７の積層圧
電素子と異なるのは、電極層７´にスルーホール９“
が形成され、該電極層７´を有するグランド層５の直ぐ
上の圧電材層には、スルーホール９”に対応してスルー
ホールが形成されていない点にある。
【００３７】すなわち、センサ用の電極層７と対向する
センサ用のグランドである電極層７′を駆動用のグラン
ド層５の電極層ＧＡ１、ＧB１、ＧB２とは独立（絶縁）
させており、スルーホール９´を用いて図１０に示す表
面電極１１′と導通させることで、表面電極１０と１
１′間でセンサ用の信号電圧を取り出すことができる。
こうすることでセンサ信号は駆動用の電圧からの影響を
受けることなく、純粋なセンサ信号のみを取り出すこと
が可能となる。
センサ用のグランドである電極層７′を駆動用のグラン
ド層５の電極層ＧＡ１、ＧB１、ＧB２とは独立（絶縁）
させており、スルーホール９´を用いて図１０に示す表
面電極１１′と導通させることで、表面電極１０と１
１′間でセンサ用の信号電圧を取り出すことができる。
こうすることでセンサ信号は駆動用の電圧からの影響を
受けることなく、純粋なセンサ信号のみを取り出すこと
が可能となる。
【００３８】以上の例では、裏面側のスローホールはグ
ランド用やセンサ用であるが、単に、駆動用の電圧を供
給する際にも、表面ともう一方の面の両面を使ってスル
ーホールに繋がる表面電極を形成しても良い。将来、と
くに小型の振動波モータにおいて、積層圧電素子も小径
化しスルーホールを全て片面に設け基板との間で導通を
図る際に配線パターンの面積が不足することも考えら
れ、このような時にも本発明は有効である。
ランド用やセンサ用であるが、単に、駆動用の電圧を供
給する際にも、表面ともう一方の面の両面を使ってスル
ーホールに繋がる表面電極を形成しても良い。将来、と
くに小型の振動波モータにおいて、積層圧電素子も小径
化しスルーホールを全て片面に設け基板との間で導通を
図る際に配線パターンの面積が不足することも考えら
れ、このような時にも本発明は有効である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば非
常に簡単に積層圧電素子等の積層電気−機械エネルギー
変換素子のグランドを弾性体に電気的に落したり、セン
サの出力を取り出したりすることが可能であり、製造上
もコストアップもほとんどないなどの利点も有する。
常に簡単に積層圧電素子等の積層電気−機械エネルギー
変換素子のグランドを弾性体に電気的に落したり、セン
サの出力を取り出したりすることが可能であり、製造上
もコストアップもほとんどないなどの利点も有する。
【００４０】特にセンサの出力端子として使う表面電極
の場合は駆動電圧のノイズの影響が少なく、また必要に
応じ従来の積層圧電素子の端面に追加するようなことが
可能で振動波モータ等の振動波駆動装置用の積層圧電素
子の設計も容易になった。
の場合は駆動電圧のノイズの影響が少なく、また必要に
応じ従来の積層圧電素子の端面に追加するようなことが
可能で振動波モータ等の振動波駆動装置用の積層圧電素
子の設計も容易になった。
【００４１】将来、とくに小型の振動波モータにおい
て、積層圧電素子も小径化しスルーホールを全て片面に
設けると、基板との間で導通を図る配線パターンの面積
が不足することも考えられ、このような小型の振動波モ
ータで駆動用の電圧を供給する際にも、表面ともう一方
の面の両面を使ってスルーホールに繋がる表面電極を形
成した本発明の積層圧電素子は有効である。
て、積層圧電素子も小径化しスルーホールを全て片面に
設けると、基板との間で導通を図る配線パターンの面積
が不足することも考えられ、このような小型の振動波モ
ータで駆動用の電圧を供給する際にも、表面ともう一方
の面の両面を使ってスルーホールに繋がる表面電極を形
成した本発明の積層圧電素子は有効である。
【図１】本発明の第１の実施の形態における積層圧電素
子の分解斜視図と外観斜視図
子の分解斜視図と外観斜視図
【図２】図１の積層圧電素子の両端面に露出した表面電
極を示す図
極を示す図
【図３】図１の積層圧電素子を組み込んだ振動波モータ
の断面図
の断面図
【図４】本発明の第２の実施の形態における積層圧電素
子の分解斜視図と外観斜視図
子の分解斜視図と外観斜視図
【図５】図４の積層圧電素子の両端面に露出した表面電
極を示す図
極を示す図
【図６】図４の積層圧電素子を組み込んだ振動波モータ
の断面図
の断面図
【図７】本発明の第３の実施の形態における積層圧電素
子の分解斜視図と外観斜視図
子の分解斜視図と外観斜視図
【図８】図７の積層圧電素子の両端面に露出した表面電
極を示す図
極を示す図
【図９】本発明の第４の実施の形態における積層圧電素
子の分解斜視図と外観斜視図
子の分解斜視図と外観斜視図
【図１０】図９の積層圧電素子の両端面に露出した表面
電極を示す図
電極を示す図
【図１１】（i）〜（iii）は従来の単板の圧電素子を示
す図
す図
【図１２】図１１の圧電素子を組み込んだ振動波モータ
の断面図
の断面図
【図１３】従来の積層圧電素子の分解斜視図と外観斜視
図
図
【図１４】図１３の積層圧電素子の表面と裏面を示す図
【図１５】図１４の積層圧電素子を組み込んだ振動波モ
ータの断面図
ータの断面図
１，１′，１″ 本発明の積層圧電素子
３ 表面電極
６，１０，１１ もう一方の端面の表面電極
ｃ ボルト
ｄ１、ｄ２ ブロック
ｇ 回路基板
ｈ 振動体
Claims (8)
- 【請求項１】 電気−機械エネルギ変換機能を有する材
料の層と電極材料の層とを交互に複数重ねて積層化し、
スルーホールを用いて前記複数の電極材料の層の層間の
導通を計った積層電気−機械エネルギー変換素子におい
て、 一方の端面にはスルーホールが露出して導通可能な複数
の第１の電極を有し、他方の端面に少なくともひとつの
スルーホールが露出して導通可能な第２の電極を有する
ことを特徴とする積層電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項２】 前記第２の電極は、電気−機械エネルギ
ー変換素子の電気的なグランド機能をなす部分と素子内
部で導通していることを特徴とする請求項１に記載の積
層電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項３】 請求項１において、前記第２の電極は、
積層電気−機械エネルギー変換素子内部に設けられ、機
械エネルギを電気エネルギに変換して得られる電気的信
号を発生する電極層と導通していることを特徴とする積
層電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項４】 前記第２の電極は、電気−機械エネルギ
ー変換素子の電気的なグランド機能をなす部分と素子内
部で導通している電極と、積層電気−機械エネルギー変
換素子内部に設けられ、機械エネルギを電気エネルギに
変換して得られる電気的信号を発生する電極層と導通し
ている電極とを有していることを特徴とする請求項１に
記載の積層電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項５】 前記電気的な信号を発生する電極層と対
向するグランドが駆動用の電圧のグランドとは電気的に
絶縁されていることを特徴とする請求項３または４に記
載の積層電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項６】 弾性体間に積層電気−機械エネルギー変
換素子を配置すると共に、前記積層電気−機械エネルギ
ー変換素子の一方の端面と前記弾性体との間に接続用配
線基板を配置し、前記弾性体間を締結手段で締結するこ
とにより、前記弾性体間に前記積層電気−機械エネルギ
ー変換素子と前記接続用配線基板を挟持固定した振動体
を備えた振動波駆動装置において、 前記積層電気−機械エネルギー変換素子として請求項１
または２に記載の積層電気−機械エネルギー変換素子を
用いたことを特徴とする振動波駆動装置。 - 【請求項７】 弾性体間に積層電気−機械エネルギー変
換素子を配置すると共に、前記積層電気−機械エネルギ
ー変換素子の一方の端面および他方の端面と前記各弾性
体との間にそれぞれ接続用配線基板を配置し、前記弾性
体間を締結手段で締結することにより、前記弾性体間に
前記積層電気−機械エネルギー変換素子と前記各接続用
配線基板を挟持固定した振動体を備えた振動波駆動装置
において、 前記積層電気−機械エネルギー変換素子として請求項１
または３に記載の積層電気−機械エネルギー変換素子を
用いたことを特徴とする振動波駆動装置。 - 【請求項８】 弾性体間に積層電気−機械エネルギー変
換素子を配置すると共に、前記積層電気−機械エネルギ
ー変換素子の一方の端面と前記弾性体との間に駆動用の
電圧を供給する接続用配線基板を配置し、前記弾性体間
を締結手段で締結することにより、前記弾性体間に前記
積層電気−機械エネルギー変換素子と前記接続用配線基
板を挟持固定した振動体を備えた振動波駆動装置におい
て、 前記積層電気−機械エネルギー変換素子として請求項４
に記載の積層電気−機械エネルギー変換素子を用い、前
記積層電気−機械エネルギー変換素子の他方の端面側の
接続用配線基板は前記第２の電極のグランド用の電極を
前記弾性体に導通させることを特徴とする振動波駆動装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001232254A JP5031153B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 積層電気−機械エネルギー変換素子および振動波駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001232254A JP5031153B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 積層電気−機械エネルギー変換素子および振動波駆動装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003046156A true JP2003046156A (ja) | 2003-02-14 |
| JP2003046156A5 JP2003046156A5 (ja) | 2008-09-18 |
| JP5031153B2 JP5031153B2 (ja) | 2012-09-19 |
Family
ID=19064200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001232254A Expired - Fee Related JP5031153B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 積層電気−機械エネルギー変換素子および振動波駆動装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP5031153B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006094597A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Olympus Corp | 超音波振動子 |
| JP2006179578A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Canon Inc | 圧電素子及び振動波駆動装置 |
| JP2006186099A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Canon Inc | 積層圧電素子及び振動波駆動装置 |
| JP2007013039A (ja) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Canon Inc | 積層圧電素子および振動波モータ |
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| JPH08182357A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Canon Inc | 超音波モータの駆動回路 |
| JPH08213664A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-20 | Nippon Cement Co Ltd | 積層セラミックス圧電体素子 |
| JPH11252956A (ja) * | 1998-03-02 | 1999-09-17 | Star Micronics Co Ltd | 積層型圧電素子とこれを用いた超音波モータ |
| JPH11261122A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-24 | Canon Inc | 積層圧電素子および積層圧電素子の製造方法 |
-
2001
- 2001-07-31 JP JP2001232254A patent/JP5031153B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP5031153B2 (ja) | 2012-09-19 |
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