JP2007074896A - 圧電振動子、その製造方法及び圧電振動子を有する線形アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で製造が容易で、かつ大量生産が可能な圧電振動子を提供する。
【解決手段】圧電素子の積層方向に対して上下及び左右に分離した複数個の震動部を有する圧電体と、各々の圧電素子間の圧電素子面に形成され、圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が圧電素子の外側まで延長される複数個の電極端子及び電極端子が形成された圧電素子と隣り合う圧電素子の面に形成された複数個の電極端子と対応するように形成された複数個のジャンプ端子を有する内部電極パターンと、圧電体の側面に形成され、複数個の震動部のうち相互対角線方向に位置した震動部に同時に電源を印加するよう、各々の震動部及びその対角線方向に位置した震動部に対応する各々の電極端子とこれに対応するジャンプ端子を連結する複数個の側面電極を有する外部電極パターンと、圧電体の一側に形成されて震動部で発生した震動を外部に伝達する動力伝達部材とを含む圧電振動子が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電振動子に関し、より詳しくは長手方向と屈曲方向の震動の合成によって楕円運動を発生する圧電振動子に関する。

近年、電磁気モータに代わり、新たなモータとして圧電振動子を利用する超音波モータが注目を浴びている。このような圧電振動子を利用する超音波モータは従来の電磁気モータに比して分解能が高いこと、騷音が少ないこと、ノイズ発生が少ないことなど、様々な長所を有している。

図１は従来技術による圧電振動子１０の構造を示す概路図である。図１に示すように、上記圧電振動子１０は４つの震動部１１、１２、１３、１４に分割され、対角線方向に位置した２つの震動部（１１、１４と１２、１３）に同一な位相の交番電圧を印加するためにワイヤから成る外部電極２１、２２を具備している。

また、圧電振動子１０の側面には駆動力を外部に伝達するための突起３０が備えられている。

このような従来技術による圧電振動子１０の外部電極２１、２２は、ワイヤを装着するための空間が必要となり小型化が難しく、製造が難しいだけでなく大量生産が困難であるという問題点がある。

したがって、構造が簡単でありながらも小型化が可能で、かつ製造が容易な圧電振動子が求められる。

本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためのものであって、大きさが小さく、製造が容易であり、かつ大量生産が可能な圧電振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は対角線方向に位置した震動部を簡単かつ容易に連結可能な構造を有する圧電振動子及びその製造方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明はこのような圧電振動子を利用して線形運動が可能な線形アクチュエータ（ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｕａｔｏｒ）を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するための一側面として本発明は、多数の圧電素子が交互に繰り返し積層して形成され、上記圧電素子の積層方向に対して上下及び左右に分離した複数個の震動部を具備する圧電体と、上記各々の圧電素子間の圧電素子面に形成され、上記圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が上記圧電素子の外側まで延長される複数個の電極端子及び上記電極端子が形成された圧電素子と隣り合う圧電素子の面に形成された複数個の電極端子と対応するように形成された複数個のジャンプ端子を具備する内部電極パターンと、上記圧電体の側面に形成され、上記複数個の震動部のうち相互対角線方向に位置した震動部に同時に電源を印加するように、各々の震動部及びその対角線方向に位置した震動部に対応する各々の電極端子とこれに対応するジャンプ端子を連結する複数個の側面電極を具備する外部電極パターンと、上記圧電体の一側に形成され上記震動部から発生した震動を外部に伝達する動力伝達部材と、を含む圧電振動子を提供する。

好ましくは、上記圧電体は第１圧電素子と第２圧電素子が交互に繰り返し積層して形成され、上記内部電極パターンは上記第１圧電素子面に形成された第１パターンと、上記第１パターンが形成された第１圧電素子と隣り合う第２圧電素子の面に形成された第２パターンとを含むことができる。

この際、上記第１パターンは上記第１圧電素子面を左右方向に複数個に分割され、その一端が上記第１圧電素子の外側まで延長される複数個の第１電極端子と、上記第１圧電素子の外側と隣接する複数個の第１ジャンプ端子を含み、上記第２パターンは上記第２圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が上記第１ジャンプ端子と対応するように上記第２圧電素子の外側まで延長される第２電極端子及び上記第１電極端子と対応するように上記第２圧電素子の外側と隣接する複数個の第２ジャンプ端子を含むことができる。

好ましくは、上記圧電体の各々の震動部は同一な枚数の圧電素子が積層して形成され得る。

さらに好ましくは、上記圧電体は上下方向の震動部を分離する中間層を具備することができる。

一方、上記圧電体の上部に形成された震動部に位置する内部電極パターンと、下部に形成された震動部に位置する内部電極パターンとは、圧電素子が積層される面に対して相互対称の形状を有することが好ましい。

好ましくは、上記圧電体は４つの震動部を具備し、上記４つの震動部のうち対角線方向に位置する２つの震動部に同一な位相の交番電圧を印加して長手方向及び屈曲方向の震動を同時に発生させる。

他の側面として本発明は、ａ）複数個の圧電素子が形成される圧電シート面に電極端子とジャンプ端子とを有する内部電極パターンを複数個形成する段階と、ｂ）上記内部電極パターンが形成された圧電シートを積層し、上記圧電シートの積層方向に対して上下及び左右に分離した複数個の震動部を具備する複数個の圧電体を同時に形成する段階と、ｃ）上記圧電シートを切断して複数個の圧電体を各々分離する段階と、ｄ）上記圧電体の側面に複数個の側面電極を形成する段階と、ｅ）上記圧電体の一側に動力伝達部材を装着する段階と、を含む圧電振動子の製造方法を提供する。

好ましくは、上記ａ）内部電極パターンを形成する段階は、ａ１）第１圧電シート面に形成される各々の第１圧電素子に対して上記第１圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が上記第１圧電素子の外側まで延長される複数個の第１電極端子と、上記第１圧電素子の外側と隣接する複数個の第１ジャンプ端子を含む第１パターンを第１圧電シート面に形成する段階と、ａ２）第２圧電シート面に形成される各々の第２圧電素子に対して上記第２圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が上記第１ジャンプ端子と対応するように上記第２圧電素子の外側まで延長される複数個の第２電極端子と、上記第１電極端子と対応するように上記第２圧電素子の外側と隣接する複数個の第２ジャンプ端子を含む第２パターンを第２圧電シート面に形成する段階とを含み、上記ｂ）段階は、上記第１圧電シートと第２圧電シートを交互に繰り返し積層することで行われることができる。

好ましくは、上記ｂ）段階は同一な枚数の圧電シートを積層して各々の震動部を形成するように行われ得る。

さらに好ましくは、上記ｂ）段階は上下方向の震動部を分離するように中間層に該当するシートを積層する段階を含むことができる。

好ましくは、上記ｄ）段階は上記複数個の震動部のうち相互対角線方向に位置した振動部に同時に電源を印加するよう、各々の震動部及びその対角線方向に位置した震動部に対応する各々の電極端子とこれに対応するジャンプ端子を連結する。

好ましくは、上記ａ）段階は上記圧電体の上部に形成された震動部に位置する内部電極パターンと、下部に形成された震動部に位置する内部電極パターンとが圧電素子が積層される面に対して相互対称の形状を有するように内部電極パターンを形成することができる。

さらに他の側面として本発明は、上記圧電振動子と、上記圧電振動子の動力伝達部材と接触して直線移送される直線移送部材とを含む線形アクチュエータ（ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｕａｔｏｒ）を提供する。

好ましくは、上記アクチュエータは上記圧電振動子を上記直線移送部材側に加圧する予圧部材をさらに含むことができる。

本発明によれば、電極端子とジャンプ端子を具備する内部電極パターンによって積層型の圧電振動子を容易に製造することができるばかりでなく、外部電極との連結が非常に容易であるという効果を得ることができる。

また、本発明は圧電素子が積層して形成された圧電体の側面に電極を形成することで、小型化及び低電圧駆動が可能である。

特に、本発明はジャンプ端子を具備することで、内部電極パターンの連結と同時に対角線方向に位置した震動部を連結することが可能となり製造工程が単純化され、側面電極の数が少なく、かつ材料費の節減及び製造の容易性を確保できる。

さらに、本発明は圧電シートを利用して一度に多数個の圧電体を生産し、上記圧電体に外部電極パターンのみを形成することで圧電振動子の製造が終了することから、製造が容易であり、かつ大量生産が可能であるという効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例について添付された図面に従ってより詳しく説明する。

図２は本発明による圧電振動子の斜視図であり、図３は本発明による圧電振動子の主要部分の分解斜視図であり、図４は本発明による圧電振動子の周波数に対するアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）を示すグラフである。

また、図５ａは本発明による圧電振動子の合成震動方向を示すもので、図５ｂは本発明による圧電振動子の長手方向震動を示すもので、図５ｃは本発明による圧電振動子の屈曲方向震動を示すものであり、図６ａは本発明による圧電振動子の他の合成震動方向を示すもので、図６ｂは本発明による圧電振動子の他の長手方向震動を示すもので、図６ｃは本発明による圧電振動子の他の屈曲方向震動を示すものである。

図２に示すように、本発明による圧電振動子１００は複数個の震動部１１０、１２０、１３０、１４０を具備する圧電体１７０と、内部電極パターン２００と、外部電極パターン３００と、動力伝達部材１９０とを含む。

図２及び図３に示すように、上記圧電体１７０は多数の圧電素子１０１、１０２が交互に繰り返し積層して形成される第１積層部１５０と、多数の圧電素子１０３、１０４が交互に繰り返し積層して形成される第２積層部１６０とを具備する。

上記第１積層部１５０は、上記第２積層部１６０の上に位置し、左右に分離した２つの震動部１１０、１２０を具備する。また、上記第２積層部１６０は左右に分離した２つの震動部１３０、１４０を具備する。

即ち、上記圧電体１７０は圧電素子の積層方向に対して上下及び左右に分離した複数個の震動部を具備する。

本明細書では、上下及び左右に２つずつ分離して合計４つの震動部１１０、１２０、１３０、１４０を有する圧電体１７０について示して説明するが、これに限定されるものではない。例えば左右方向に４つ、上下方向に２つに分離した８つの震動部を有することもできる。

図３に示すように、第１積層部１５０は第１圧電素子１０１と第２圧電素子１０２が交互に繰り返し積層して形成され、第２積層部１６０は第１圧電素子１０３と第２圧電素子１０４が交互に繰り返し積層して形成される。

また、図３に示すように、上記内部電極パターン２００は積層された各々の圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４との間の圧電素子面に形成される。

この際、上記内部電極パターン２００は第１積層部１５０及び第２積層部１６０の第１圧電素子１０１、１０３の面に形成された第１パターン２１０、２３０と、上記第１パターン２１０、２３０が形成された第１圧電素子１０１、１０３と隣り合う第２圧電素子１０２、１０４の面に形成された第２パターン２２０、２４０とを含むことができる。

この際、上記第１パターン２１０、２３０及び第２パターン２２０、２４０は、各々の圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４の面に対して、２つの電極端子と２つのジャンプ端子とを具備する。

例えば、第１積層部１５０の第１圧電素子１０１の上面に形成される第１パターン２１０は、左右方向に２つに分割され、その一端が第１圧電素子１０１の外側まで延長される２つの第１電極端子２１１、２１２と、第１圧電素子１０１と隣り合う第２圧電素子１０２の面に形成された第２電極端子２２３、２２４と対応するように形成された２つの第１ジャンプ端子２１３、２１４とを具備する。

また、第１積層部１５０の第２圧電素子１０２の上面に形成される第２パターン２２０は左右方向に２つに分割され、その一端が第２圧電素子１０２の外側まで延長される２つの第２電極端子２２３、２２４と、第２圧電素子１０２と隣合う第１圧電素子１０１の面に形成された第１電極端子２１１、２１２と対応するように形成された２つの第２ジャンプ端子２２１、２２２とを具備する。

さらに、第２積層部１６０の第１圧電素子１０３の上面に形成される第１パターン２３０は左右方向に２つに分割され、その一端が第１圧電素子１０３の外側まで延長される２つの第１電極端子２３１、２３２と、第１圧電素子１０３と隣合う第２圧電素子１０４の面に形成された第２電極端子２４３、２４４と対応するように形成された２つの第１ジャンプ端子２３３、２３４とを具備する。

また、第２積層部１６０の第２圧電素子１０４の上面に形成される第２パターン２４０は、左右方向に２つに分割され、その一端が第２圧電素子１０４の外側まで延長される２つの第２電極端子２４３、２４４と、第２圧電素子１０４と隣合う第１圧電素子１０３の面に形成された第１電極端子２３１、２３２と対応するように形成された２つの第２ジャンプ端子２４１、２４２とを具備する。

一方、上記圧電体１７０の上部に形成された第１積層部１５０の震動部１１０、１２０に位置する第１パターン２１０及び第２パターン２２０と、下部に形成された第２積層部１６０の震動部１３０、１４０に位置する第１パターン２３０及び第２パターン２４０とは、圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４が積層される面に対して相互対称の形状を有するようにすることができる。

即ち、第２積層部１６０の第１圧電素子１０３の上面に形成される第１パターン２３０は、第１積層部１５０の第１圧電素子１０１の上面に形成される第１パターン２１０と積層面（ｘｙ平面）に対して対称の形状であり、第２積層部１６０の第２圧電素子１０４の上面に形成される第２パターン２４０は第１積層部１５０の第２圧電素子１０２の上面に形成される第２パターン２２０と積層面（ｘｙ平面）に対して対称の形状である。

また、第１積層部１５０の第２圧電素子１０２の上面に形成される第２パターン２２０は、第１積層部１５０の第１圧電素子１０１の上面に形成される第１パターン２１０をｚ軸を基準にして１８０度回転した形状であり、第２積層部１６０の第２圧電素子１０４の上面に形成される第２パターン２４０は、第２積層部１６０の第１圧電素子１０３の上面に形成される第１パターン２３０をｚ軸を基準にして１８０度回転した形状である。従って、このような圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４とを回転させ適切に配置することにより圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４に予め形成されるパターン形態の個数を減らすことができるという利点がある。

図２及び図３に示すように、上記外部電極パターン３００は圧電体１７０の側面にメッキなどによって形成される。

上記外部電極パターン３００は、上記４つの震動部１１０、１２０、１３０、１４０うち相互対角線方向に位置した震動部（１１０と１４０、１２０と１３０)に同時に交番電圧を印加するように、各々の震動部１１０、１２０、１３０、１４０及びその対角線方向に位置した震動部１４０、１３０、１２０、１１０とに対応する各々の電極端子とこれに対応するジャンプ端子を連結する４つの側面電極３１０、３２０、３３０、３４０を具備する。

例えば、第１側面電極３１０は第１積層部１５０の震動部１１０に位置する第１電極端子２１１と第２ジャンプ端子２２１とを交互に連結し、第２積層部１６０の第１電極端子２３１を介して振動部１１０の対角線方向に位置した震動部１４０に同時に交番電圧を印加するようになる。また、第１側面電極３１０は第２積層部１６０の第１電極端子２３１と第２ジャンプ端子２４１とを交互に連結する。

また、第２側面電極３２０は第１積層部１５０の震動部１１０に位置する第２電極端子２２４と第１ジャンプ端子２１４とを交互に連結し、第２積層部１６０の第１ジャンプ端子２３４を介して振動部１１０の対角線方向に位置した震動部１４０に同時に交番電圧を印加するようになる。また、第２側面電極３２０は第２積層部１６０の第２電極端子２４４と第１ジャンプ端子２３４とを交互に連結する。

そして、第３の側面電極３３０は第１積層部１５０の震動部１２０に位置する第１電極端子２１２と、第２ジャンプ端子２２２とを交互に連結し、第２積層部１６０の第１電極端子２３２を介して振動部１２０の対角線に方向に位置した震動部１３０に同時に交番電圧を印加するようになる。また、第３の側面電極３３０は第２積層部１６０の第１電極端子２３３と第２ジャンプ端子２４３を交互に連結する。

また、第４の側面電極３４０は第１積層部１５０の震動部１２０に位置する第２電極端子２２３と第１ジャンプ端子２１３とを交互に連結し、第２積層部１６０の第１ジャンプ端子２３３を介して振動部１２０の対角線方向に位置した震動部１３０に同時に交番電圧を印加するようになる。また、第２側面電極３２０は第２積層部１６０の第２電極端子２４３と第１ジャンプ端子２３３を交互に連結する。

即ち、上記第１側面電極３１０と第２側面電極３２０のうち一側に交番電圧を印加して他側を接地させることで、対角線方向に位置する２つの震動部１１０、１４０を同時に駆動可能となる。

また、上記第３の側面電極３３０と第４側面電極３４０のうち一側に交番電圧を印加して他側を接地させることで、対角線方向に位置する２つの震動部１２０、１３０を同時に駆動可能となる。

さらに、図２に示すように、第２側面電極３２０及び第４側面電極３４０は接地され、第１側面電極３１０及び第３側面電極３３０、または第１電極端子２１１、２１２は外部電源と直接連結され得る。

好ましくは、上記圧電体１７０の各々の震動部１１０、１２０、１３０、１４０は同一な枚数の圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４とを積層して形成することによって、各々の震動部１１０、１２０、１３０、１４０で同じ力（またはトーク）を有する駆動力を出力するようにすることができる。

また、上記圧電体１７０は図２及び図３に示すように、上下方向の震動部を分離する中間層１０６を具備することができる。上記中間層１０６は活性層であり、他の圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４のような厚さを有し得る。

上記中間層１０６は、圧電体１７０の駆動時に内部電極パターン２００を分離する機能を行い、その面には第１積層部１５０の第１または第２パターン２１０、２２０が形成され得る。

好ましくは、上記圧電体１７０は第１圧電素子１０１、１０３と第２圧電素子１０２、１０４の分極方向が互いに逆になるように第１圧電素子１０１、１０３と第２圧電素子１０２、１０４を交互に繰り返し積層して形成することができる。これは積層された圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４の内部電極パターン２００に交番電圧を印加して同一な変形を発生するようにするためである。

一方、上記動力伝達部材１９０は上記圧電体１７０の一側に形成され上記振動部１１０、１２０、１３０、１４０で発生した震動を外部に伝達する。

図４乃至図６を参照して、本発明による圧電振動子１００の作用について説明する。

図４は、図２及び図３の圧電振動子１００に第１側面電極３１０に交番電圧を印加して（Ｃｈ１）第２側面電極３２０を接地させた場合と、第３の側面電極３３０に交番電圧を印加して（Ｃｈ２）第４側面電極３４０を接地させる場合に対して、周波数とアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）の関係を示している。図４において、長手方向の振動モードは２２２ｋＨｚ付近でピーク（pｅａｋ）を有し、屈曲方向の振動モードは２２４ｋＨｚ付近でピーク（pｅａｋ）を有する（この際、アドミタンス値は第１チャンネル（Ｃｈ１）に交番電圧を印加する場合第２チャンネル（Ｃｈ２）は開放された状態にし、第２チャンネル（Ｃｈ２）に交番電圧を印加する場合第１チャンネル（Ｃｈ１）は開放された状態にして測定した）。

したがって、第１チャンネル（Ｃｈ１）または第２チャンネル（Ｃｈ２）に略２２３ｋＨｚの共振周波数を印加する場合には長手方向と屈曲方向の震動を同時に発生させるようになる。

つまり、第１チャンネル（Ｃｈ１）に交番電圧を印加して第２チャンネル（Ｃｈ２）を開放させた場合には、図６ｂ及び図６ｃに示すように震動部１１０、１４０から発生した変形によって圧電震動子１００の長手方向及び屈曲方向の変形が同時に発生するようになり、図６ａに示された方向に楕円運動をするようになる。

また、第２チャンネル（Ｃｈ２）に交番電圧を印加して第１チャンネル（Ｃｈ１）を開放させた場合には、図５ｂ及び図５ｃに示すように震動部１２０、１３０から発生した変形によって圧電震動素子１００の長手方向及び屈曲方向の変形が同時に発生するようになり、図５ａに示された方向に楕円運動をするようになる。

これとは異なって、第１チャンネル（Ｃｈ１）と第２チャンネル（Ｃｈ２）に位相を異にする交番電圧を同時に印加することによって、４つの震動部が全て震動するようにすることもできる。この際、第１チャンネル（Ｃｈ１）と第２チャンネル（Ｃｈ２）の位相差は９０度または−９０度ですることができる。

次に図７を参照して圧電振動子の製造方法について説明する。本発明による圧電振動子は次の段階によって製造される。

ａ）圧電シートに内部電極パターンを形成する段階
先ず、図３及び図７ａに示すように、複数個の圧電素子が形成される圧電シート４１０の面に図３に示された電極端子とジャンプ端子から成る内部電極パターン４０１を複数個形成する。

この際、上記ａ) 段階は、ａ１) 第１パターン２１０、２３０を第１圧電素子１０１、１０３が形成される第１圧電シート面に形成する段階と、ａ２) 第２パターン２２０、２４０を第２圧電素子１０２、１０４が形成される第２圧電シート面に形成する段階とを含むことができる。

図２に示すように、上記ａ１) 段階に通して、第１圧電シート面に形成される各々の第１積層部１５０の第１圧電素子１０１に対して上記第１圧電素子１０１面を左右方向に２つに分割し、その一端が上記第１圧電素子１０１の外側まで延長される２つの第１電極端子２１１、２１２と、上記第１圧電素子１０１の外側と隣接する２つの第１ジャンプ端子２１３、２１４とを含む第１パターン２１０を第１圧電シート面に複数個形成する。これは第２積層部１６０の第１圧電素子１０３に対しても同様である。

また、上記ａ２) 段階に通して、第２圧電シート面に形成される各々の第１積層部１６０の第２圧電素子１０２に対して上記第２圧電素子１０２面を左右方向に２つに分割し、その一端が上記第１ジャンプ端子２１３、２１４と対応するように上記第２圧電素子１０２の外側まで延長される２つの第２電極端子２２３、２２４及び上記第１電極端子２１１、２１２と対応するように上記第２圧電素子１０２の外側と隣接する２つの第２ジャンプ端子２２１、２２２とを含む第２パターン２２０を第２圧電シート面に複数個形成する。これは第２積層部１６０の第２圧電素子１０４に対しても同じである。

この際、上記圧電体１７０の上部に形成された第１積層部１５０の震動部１１０、１２０に位置する第１パターン２１０及び第２パターン２２０と下部に形成された第２積層部１６０の震動部１３０、１４０に位置する第１パターン２３０及び第２パターン２４０は、圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４が積層される面に対して相互対称の形状を有するようにすることができる。

即ち、第２積層部１６０の第１圧電素子１０３の上面に形成される第１パターン２３０は、第１積層部１５０の第１圧電素子１０１の上面に形成される第１パターン２１０と積層面（ｘｙ平面）に対して対称の形状であり、第２積層部１６０の第２圧電素子１０４の上面に形成される第２パターン２４０は、第１積層部１５０の第２圧電素子１０２の上面に形成される第２パターン２２０と積層面（ｘｙ平面）に対して対称の形状である。

また、第１積層部１５０の第２圧電素子１０２の上面に形成される第２パターン２２０は、第１積層部１５０の第１圧電素子１０１の上面に形成される第１パターン２１０をｚ軸を基準にして１８０度回転した形状であり、第２積層部１６０の第２圧電素子１０４の上面に形成される第２パターン２４０は、第２積層部１６０の第１圧電素子１０３の上面に形成される第１パターン２３０をｚ軸を基準にして１８０度回転した形状である。従って、このような圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４を回転させ適切に配置することによって、圧電素子１０１、１０２、１０３、１０４とに予め形成されるパターン形態の個数を減らすことができるという利点がある。

ｂ）圧電シートを積層する段階
上記のように、第１パターン２１０、２２０と、第２パターン２３０、２４０とが形成された圧電シートを用意してこれを積層する。

図２に示すように、第１積層部１５０を形成するためには第１パターン２１０と、第２パターン２２０が形成された圧電シートを交互に繰り返し積層し、第２積層部１６０を形成するためには、第１パターン２３０と第２パターン２４０とが形成された圧電シートを交互に繰り返し積層する。

これによって、上記圧電シートの積層方向に対して上下及び左右に分離された４つの震動部を具備する複数個の圧電体を同時に形成することが可能となる。

この際、圧電体１７０を形成する各々の震動部１１０、１２０、１３０、１４０が同一な力（またはトーク）を有する駆動力を出力するように上記震動部１１０、１２０、１３０、１４０は互いに同一な枚数の圧電シートを積層して形成されることが好ましい。

また、図７ｂに示すように、積層された圧電シートアセンブリー４００には、図２及び図３に示すように、上下方向の震動部１１０、１２０、１３０、１４０とを分離する中間層１０６を具備するシートを積層することができる。この際、上記中間層１０６は圧電体１７０の駆動時に内部電極パターン２００を分離する機能を行い、その面には第１積層部１５０の第１または第２パターン２１０、２２０が形成され得る。

好ましくは、上記圧電シートアセンブリー４００は、分極方向が互いに逆になる第１圧電素子１０１、１０３に該当する圧電シートと第２圧電素子１０２、１０４に該当する圧電シートが交互に繰り返し積層して形成されるようにする。これは内部電極パターン２００に印加される交番電圧によって震動部を成す各々の圧電素子に長手方向及び屈曲方向の震動を均一に発生するようにするためである。

ｃ）上記圧電シートを切断して複数個の圧電体を各々分離する段階
図７ｃに示すように、圧電シートアセンブリー４００を切断線（Ｌ、Ｃ）を基準に切断して複数個の圧電体４２０が得られる。

図７ｄは、このような過程後に得られる圧電体４２０を示している。

ｄ）上記圧電体の側面に複数個の側面電極を形成する段階
図７ｅに示すように、圧電体４２０の側面に４つの側面電極３１０、３２０、３３０、３４０とを形成する。

図２乃至図３に示すように、このような側面電極３１０、３２０、３３０、３４０とは、４つの震動部１１０、１２０、１３０、１４０のうち相互対角線方向に位置した震動部に同時に電源を印加するように各々の震動部及びその対角線方向に位置した震動部に対応する各々の電極端子とこれに対応するジャンプ端子を連結する。

ｅ）上記圧電体の一側に動力伝達部材を装着する段階
図７ｆに示すように、圧電体４２０で発生した駆動力を外部に伝達するための突起形状の動力伝達部材１９０を圧電体４２０の一側に装着する。

このような動力伝達部材１９０は図７ｆに示すように、圧電体４２０の右側に形成され得るが、振動部の震動特性によって圧電体４２０のいずれかの面に形成され得る。さらに、上記動力伝達部材１９０は図７ｆに示すように一つが設置され得るが、これに限定されるものではなく、複数個を設けることもできる。

一方、圧電シートアセンブリー４００から圧電体４２０が分離された後の工程において、図７ｇに示すように、側面電極３１０、３２０、３３０、３４０、または外部に露出された電極パターン２１０、２２０、２３０、２４０に外部電源を連結する。

最後に、図８乃至図１０を参照して本発明による線形アクチュエーターについて説明する。

図８は本発明による線形アクチュエーターの分解斜視図であり、図９は本発明による線形アクチュエーターの斜視図であり、図１０は本発明による線形アクチュエーターの作用を示す断面図である。

図８乃至図１０に示すように、本発明による線形アクチュエーター５００は前述したような構成を有する圧電振動子１００と、上記圧電振動子１００の動力伝達部材１９０と接触して直線移送される直線移送部材５４０と、上記圧電振動子１００が装着されるフレーム５１０と、上記圧電振動子１００を上記直線移送部材５４０の側に押し付ける予圧部材５２０と、上記予圧部材５２０を固定するための固定部材５３０とを含む。

上記圧電振動子１００は、フレーム５１０の上の安着部５１２と支持部材５３０の段差５３２の間に装着され、動力伝達部材１９０が形成された一側は直線移送部材５４０と接触し、他側は板スプリングなどから成る予圧部材５２０の加圧部５２２によって直線移送部材５４０の側に予圧される。

上記直線移送部材５４０は一例としてフレーム５１０の結合孔５１１の間に回転可能となるように装着される２つのローラ５５０によってガイドされ、圧電振動子１００の駆動によって上下方向に直線移送できるが、これに限定されるものではなく、リードスクリューなど公知の直線移送のための方式が採用され得る。一方、直線移送部材５４０が固定される場合にはフレーム５１０が直線移送できる。

また、上記予圧部材５２０は結合開口５２１と支持部材５３０の組立ホール５３１を貫通するスクリュー５６０などによって支持部材５３０に固定され得るが、その他にもボンディング、溶接、嵌め合い、フックなど公知の固定方法を使用することもできる。

本発明は、特定の実施例に関して図示して説明したが、当業界において通常の知識を有する者であれば、以下の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更させることが可能であることを明らかにして置く。

従来技術による圧電振動子の構造を示す概路図である。 本発明による圧電振動子の斜視図である。 本発明による圧電振動子の主要部分の分解斜視図である。 本発明による圧電振動子の周波数に対するアドミタンス（ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）を示すグラフである。 本発明による圧電振動子の合成震動方向を示す図である。 本発明による圧電振動子の長手方向震動を示す図である。 本発明による圧電振動子の屈曲方向震動を示す図である。 本発明による圧電振動子の他の合成震動方向を示す図である。 本発明による圧電振動子の他の長手方向震動を示す図である。 本発明による圧電振動子の他の屈曲方向震動を示す図である。 本発明による圧電振動子の製造方法を順次に示す工程図である。 本発明による圧電振動子の製造方法を順次に示す工程図である。 本発明による圧電振動子の製造方法を順次に示す工程図である。 本発明による圧電振動子の製造方法を順次に示す工程図である。 本発明による圧電振動子の製造方法を順次に示す工程図である。 本発明による圧電振動子の製造方法を順次に示す工程図である。 本発明による圧電振動子の製造方法を順次に示す工程図である。 本発明による線形アクチュエータの分解斜視図である。 本発明による線形アクチュエータの斜視図である。 本発明による線形アクチュエータの作用を示す断面図である。

符号の説明

１００ 圧電振動子
１０１、１０３ 第１圧電素子
１０２、１０４ 第２圧電素子
１０６ 中間層
１１０、１２０、１３０、１４０ 震動部
１５０ 第１積層部
１６０ 第２積層部
１７０ 圧電体
２００ 内部電極パターン
２１０、２３０ 第１パターン
２２０、２４０ 第２パターン
３００ 外部電極パターン
３１０、３２０、３３０、３４０ 側面電極
４００ 圧電シートアセンブリー
４０１ 内部電極パターン
４１０ 圧電シート
４２０ 圧電体

Claims (15)

1. 多数の圧電素子が交互に繰り返し積層して形成され、前記圧電素子の積層方向に対して上下及び左右に分離した複数個の震動部を具備する圧電体と、
   前記各々の圧電素子間の圧電素子面に形成され、前記圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が前記圧電素子の外側まで延長される複数個の電極端子及び前記電極端子が形成された圧電素子と隣り合う圧電素子の面に形成された複数個の電極端子と対応するように形成された複数個のジャンプ端子を具備する内部電極パターンと、
   前記圧電体の側面に形成され、前記複数個の震動部のうち互いに対角線方向に位置した震動部に同時に電源を印加するよう、各々の震動部及びその対角線方向に位置した震動部に対応する各々の電極端子とこれに対応するジャンプ端子を連結する複数個の側面電極を具備する外部電極パターンと、
   前記圧電体の一側に形成されて前記震動部で発生した震動を外部に伝達する動力伝達部材と、を含む圧電振動子。
2. 前記圧電体は第１圧電素子と第２圧電素子が交互に繰り返し積層して形成され、
   前記内部電極パターンは、前記第１圧電素子面に形成された第１パターンと、前記第１パターンが形成された第１圧電素子と隣り合う第２圧電素子の面に形成された第２パターンと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
3. 前記第１パターンは前記第１圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が前記第１圧電素子の外側まで延長される複数個の第１電極端子と、前記第１圧電素子の外側と隣接する複数個の第１ジャンプ端子とを含み、
   前記第２パターンは前記第２圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が前記第１ジャンプ端子と対応するように前記第２圧電素子の外側まで延長される第２電極端子及び前記第１電極端子と対応するように前記第２圧電素子の外側と隣接する複数個の第２ジャンプ端子を含むことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子。
4. 前記圧電体の各々の震動部は、同一な枚数の圧電素子が積層して形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
5. 前記圧電体は、上下方向の震動部を分離する中間層を具備することを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
6. 前記圧電体の上部に形成された震動部に位置する内部電極パターンと、下部に形成された震動部に位置する内部電極パターンとは、圧電素子が積層される面に対して相互対称の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
7. 前記圧電体は４つの震動部を具備し、前記４つの震動部のうち対角線方向に位置する２つの震動部に同一な位相の交番電圧を印加して長手方向及び屈曲方向の震動を同時に発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の圧電振動子。
8. ａ）複数個の圧電素子が形成される圧電シート面に電極端子とジャンプ端子とを有する内部電極パターンを複数個形成する段階と、
   ｂ）前記内部電極パターンが形成された圧電シートを積層し、前記圧電シートの積層方向に対して上下及び左右に分離した複数個の震動部を具備する複数個の圧電体を同時に形成する段階と、
   ｃ）前記圧電シートを切断して複数個の圧電体を各々分離する段階と、
   ｄ）前記圧電体の側面に複数個の側面電極を形成する段階と、
   ｅ）前記圧電体の一側に動力伝達部材を装着する段階と、
   を含む圧電振動子の製造方法。
9. 前記ａ）内部電極パターンを形成する段階は、
   ａ１）第１圧電シート面に形成される各々の第１圧電素子に対して前記第１圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が前記第１圧電素子の外側まで延長される複数個の第１電極端子と、前記第１圧電素子の外側と隣接する複数個の第１ジャンプ端子を含む第１パターンを第１圧電シート面に形成する段階と、
   ａ２）第２圧電シート面に形成される各々の第２圧電素子に対して前記第２圧電素子面を左右方向に複数個に分割し、その一端が前記第１ジャンプ端子と対応するように前記第２圧電素子の外側まで延長される複数個の第２電極端子と、前記第１電極端子と対応するように前記第２圧電素子の外側と隣接する複数個の第２ジャンプ端子を含む第２パターンを第２圧電シート面に形成する段階とを含み、
   前記ｂ）段階は、前記第１圧電シートと第２圧電シートを交互に繰り返し積層することで行われることを特徴とする請求項８に記載の圧電振動子の製造方法。
10. 前記ｂ）段階は、同一な枚数の圧電シートを積層して各々の震動部を形成するように行われることを特徴とする請求項８に記載の圧電振動子の製造方法。
11. 前記ｂ）段階は、上下方向の震動部を分離するように中間層に該当するシートを積層する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の圧電振動子の製造方法。
12. 前記ｄ）段階は、前記複数個の震動部のうち相互対角線方向に位置した振動部に同時に電源を印加するよう、各々の震動部及びその対角線方向に位置した震動部に対応する各々の電極端子とこれに対応するジャンプ端子を連結することを特徴とする請求項８に記載の圧電振動子の製造方法。
13. 前記ａ）段階は、前記圧電体の上部に形成された震動部に位置する内部電極パターンと下部に形成された震動部に位置する内部電極パターンが、圧電素子が積層される面に対して相互対称の形状を有するように内部電極パターンを形成することを特徴とする請求項９に記載の圧電振動子の製造方法。
14. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の圧電振動子と、
    前記圧電振動子の動力伝達部材と接触して直線移送される直線移送部材と、を含む線形アクチュエータ。
15. 前記圧電振動子を前記直線移送部材側に加圧する予圧部材をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の線形アクチュエータ。

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