JP2008061344A - Ultrasonic motor element - Google Patents

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Ryoichi Fukunaga
了一 福永
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor element with high productivity, where large power can be obtained with low voltage driving and feeding terminal electrodes can be collectively formed on one side. <P>SOLUTION: The ultrasonic motor element 10 is provided with a laminated body where piezoelectric boards 12 and internal electrodes are alternately laminated. The internal electrode has a driving electrode and a ground electrode 18. The driving electrode is provided with a first driving electrode 14 formed of first electrode parts 14a to 14d of two rows and two columns and a first electrode connection part 14e connecting the first electrode parts 14b and 14c which are diagonally positioned, and with a second driving electrode 16 formed of second electrode parts 16a to 16d of two rows and two columns and a second electrode connection part 16e connecting the second electrode parts 16a and 16d which are diagonally positioned. A first external electrode 24 connecting the ground electrodes 18, second external electrodes 26a and 26b connecting the conductive first electrode parts 14b and 14c and the isolated second electrode parts 16b and 16c and third external electrodes 28a and 28b connecting the isolated first electrode parts 14a and 14c and the conductive second electrode parts 16a and 16d are installed on a side of the laminated body. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、リニアモータやX−Yステージ等に好適な、圧電素子を利用した超音波モータ素子に関する。   The present invention relates to an ultrasonic motor element using a piezoelectric element suitable for a linear motor, an XY stage, or the like.

圧電素子をL1B2共振モードで駆動する超音波モータ素子が知られており、近時、X−Yステージやリニアモータ、回転ステージ、カメラのオートフォーカス機構等の駆動機構へ応用されている(例えば、特許文献1、2参照)。   An ultrasonic motor element that drives a piezoelectric element in the L1B2 resonance mode is known, and has recently been applied to a drive mechanism such as an XY stage, a linear motor, a rotary stage, and an autofocus mechanism of a camera (for example, (See Patent Documents 1 and 2).

図3に圧電素子90でのL1B2共振モードの説明図を示す。L1B2共振モードは、図3上側に示す長手方向での伸縮一次共振(L1)モードと、図3下側に示す幅方向での曲げ二次共振(B2)モードの重ね合わせ(縮退)によって、振動の腹の部分が楕円運動を行う共振をいう。   FIG. 3 shows an explanatory diagram of the L1B2 resonance mode in the piezoelectric element 90. The L1B2 resonance mode is generated by superposition (degeneration) of the expansion / contraction primary resonance (L1) mode in the longitudinal direction shown in the upper side of FIG. 3 and the bending secondary resonance (B2) mode in the width direction shown in the lower side of FIG. This is a resonance in which the belly part of the body performs an elliptical motion.

このL1B2共振モードで駆動する超音波モータ素子は、圧電板の一方の主面に2行2列の電極部を形成して対角に位置する2個の電極部どうしをリード線で接続し、他方の主面にグランド(アース)電極を設け、圧電板の側面に駆動対象物に当接する摺動部材を設けた構造となっており、2組の電極部に位相を90度ずらした電圧を印加して駆動する。   In the ultrasonic motor element driven in the L1B2 resonance mode, two rows and two columns of electrode portions are formed on one main surface of the piezoelectric plate, and the two electrode portions positioned diagonally are connected by lead wires, A ground (earth) electrode is provided on the other main surface, and a sliding member that is in contact with the driven object is provided on the side surface of the piezoelectric plate. Voltages with phases shifted by 90 degrees are applied to the two sets of electrode portions. Apply and drive.

図4Aに示すように、圧電素子90の長辺の両端側にそれぞれ被駆動体94Aに当接する摺動部材92を設けた場合には、それぞれの摺動部材92に位相が180度ずれた楕円運動が生じ、交互に被駆動体94Aに摩擦力が作用して、被駆動体94Aを動かす。図4Bに示す圧電素子90の動きは図4Aに示す圧電素子90の動きと同じであるが、この図4Bに示されるように、圧電素子90の短辺の中央部に摺動部材92を設けた場合にも、摺動部材92に楕円運動を生じさせることができる。図4Bに示した被駆動体94Bは回転円板であり、図4Bでは反時計回りに回転する形態が示されている。   As shown in FIG. 4A, when the sliding members 92 that are in contact with the driven body 94A are provided on both ends of the long side of the piezoelectric element 90, an ellipse whose phase is shifted by 180 degrees in each sliding member 92. A motion is generated, and a frictional force acts alternately on the driven body 94A to move the driven body 94A. The movement of the piezoelectric element 90 shown in FIG. 4B is the same as that of the piezoelectric element 90 shown in FIG. 4A. However, as shown in FIG. 4B, a sliding member 92 is provided at the center of the short side of the piezoelectric element 90. Also in this case, the sliding member 92 can be caused to have an elliptical motion. The driven body 94B shown in FIG. 4B is a rotating disk, and FIG. 4B shows a form that rotates counterclockwise.

特許文献1に開示された超音波モータ素子では、圧電板に単板を用いており、そのために圧電板の側面に摺動部を設けるために、この圧電板には一定の厚みが必要となるため、駆動電圧が高くなる。また、圧電板の主面に取り付けられるリード線のために集積時の小型化が困難であるという問題がある。   In the ultrasonic motor element disclosed in Patent Document 1, a single plate is used as the piezoelectric plate, and therefore, a certain thickness is required for the piezoelectric plate in order to provide a sliding portion on the side surface of the piezoelectric plate. As a result, the drive voltage increases. Further, there is a problem that it is difficult to reduce the size during integration because of the lead wire attached to the main surface of the piezoelectric plate.

特許文献2には、特許文献1に開示された超音波モータ素子を積層構造化した超音波モータ素子として、スルーホール電極を備えた積層構造の超音波モータ素子が開示されており、積層化により小型化と駆動電圧の低電圧化を可能としている。しかしながら、多くの電極パターンの異なる圧電板(グリーンシート)を作製しなければならず、また積層方向におけるスルーホール電極の導通確保のためには、スルーホール内面への電極塗布を確実に行う必要がある等、作製に手間がかかるというデメリットがある。また、圧電板の中央部に広い圧電不活性な非駆動領域が形成されてしまい、この部分が変位を抑制すると考えられる。さらに、スルーホール電極を形成するため、構造上、積層方向端面からの電極の取り出しを余儀なくされる。   Patent Document 2 discloses an ultrasonic motor element having a laminated structure including a through-hole electrode as an ultrasonic motor element having a laminated structure of the ultrasonic motor element disclosed in Patent Document 1. It is possible to reduce the size and drive voltage. However, many piezoelectric plates (green sheets) with different electrode patterns must be manufactured, and in order to ensure conduction of the through-hole electrodes in the stacking direction, it is necessary to reliably apply the electrodes to the inner surface of the through-holes. There is a demerit that it takes time and effort to manufacture. In addition, a wide piezoelectric inactive non-driving region is formed at the central portion of the piezoelectric plate, and this portion is considered to suppress displacement. Furthermore, since the through-hole electrode is formed, the electrode must be taken out from the end face in the stacking direction because of the structure.

特許文献2には、さらに外部電極の引き回しに特徴のある積層型の超音波モータ素子が開示されているが、外部端子数が多くなり、その接続に手間がかかったり、超音波モータ素子回りが煩雑になったりするという問題がある。
特開平7−184382号公報(図1、段落[0029]〜[0031]等) 特開2006−94A597号公報(図1、図3、図7等)
Patent Document 2 discloses a laminated ultrasonic motor element that is further characterized by the routing of the external electrode. However, the number of external terminals increases, and it takes time to connect the ultrasonic motor element. There is a problem that it becomes complicated.
JP-A-7-184382 (FIG. 1, paragraphs [0029] to [0031], etc.) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-94A597 (FIGS. 1, 3, 7, etc.)

本発明は、圧電素子を用いた超音波モータ素子であって、生産性が高く、大きなパワーを低電圧駆動により得ることができ、一側面に給電用端子電極を集約して形成することができる超音波モータ素子を提供することを目的とする。   The present invention is an ultrasonic motor element using a piezoelectric element, has high productivity, can obtain a large power by low-voltage driving, and can be formed by concentrating power supply terminal electrodes on one side surface. An object is to provide an ultrasonic motor element.

本発明に係る超音波モータ素子は、圧電板と内部電極とが交互に積層されてなる積層体を備えており、内部電極は一層おきに設けられた駆動電極とグランド電極とを備えている。この駆動電極は、2行2列に配置された4つの第1電極部を有する第1駆動電極と、これら4つの第1電極部と対応するように2行2列に配置された4つの第2電極部を有する第2駆動電極とを有しており、第1駆動電極と第2駆動電極は積層方向で交互に配置する。第1駆動電極は、4つの第1電極部のうち一方の対角に位置する2つの第1電極部を電極面内において導通させる第1電極連通部をさらに有しており、第2駆動電極は、4つの第2電極部のうち、第1駆動電極において電極面内で導通している2つの第1電極部の対角と反対の対角に位置する2つの第2電極部を電極面内において導通させる第2電極連通部をさらに有している。グランド電極は4つの第1電極部に対応する領域を含むように形成される。そして、積層体の側面には、グランド電極どうしを接続する第1外部電極と、第1電極連通部により接続された2つの第1電極部と第2電極連通部により接続されていない孤立した2つの第2電極部とを接続する第2外部電極と、第1電極連通部により接続されていない孤立した2つの第1電極部と第2電極連通部により接続された2つの第2電極部とを接続する第3外部電極を設ける。好ましくは、第1電極連通部と第2電極連通部を、積層方向からみたときに互いに重なり合う領域に形成する。   The ultrasonic motor element according to the present invention includes a laminated body in which piezoelectric plates and internal electrodes are alternately stacked, and the internal electrodes include drive electrodes and ground electrodes provided in every other layer. The drive electrode includes a first drive electrode having four first electrode portions arranged in two rows and two columns, and four first electrodes arranged in two rows and two columns so as to correspond to the four first electrode portions. The second drive electrode has two electrode portions, and the first drive electrode and the second drive electrode are alternately arranged in the stacking direction. The first drive electrode further includes a first electrode communication portion that connects two first electrode portions located at one diagonal of the four first electrode portions in the electrode plane, and the second drive electrode Among the four second electrode parts, two second electrode parts located at diagonal opposite to the diagonals of the two first electrode parts that are conductive in the electrode surface of the first drive electrode are electrode surfaces. It further has the 2nd electrode communication part made to conduct in. The ground electrode is formed so as to include regions corresponding to the four first electrode portions. And on the side surface of the laminate, there are two isolated first electrodes that are connected to each other by the ground electrode, the two first electrode portions that are connected by the first electrode communication portion, and the second electrode communication portion that are not connected by the second electrode communication portion. A second external electrode that connects the two second electrode portions, two isolated first electrode portions that are not connected by the first electrode communication portion, and two second electrode portions that are connected by the second electrode communication portion, A third external electrode is provided to connect the two. Preferably, the first electrode communication portion and the second electrode communication portion are formed in regions that overlap each other when viewed from the stacking direction.

本発明の超音波モータ素子は、駆動電圧を内部電極に印加するための給電端子電極を、第1〜第3外部電極の3本で構成することができる。第2,第3外部電極は超音波モータ素子の二側面にそれぞれ形成されるが、そのうち一方の側面に形成されたものを給電端子電極として用いればよいので、一側面からの給電が可能になる。   In the ultrasonic motor element of the present invention, the power supply terminal electrode for applying the drive voltage to the internal electrode can be constituted by three of the first to third external electrodes. The second and third external electrodes are formed on the two side surfaces of the ultrasonic motor element, respectively, but one formed on one of the side surfaces may be used as the power supply terminal electrode, so that power can be supplied from one side surface. .

また、第1電極連通部と第2電極連通部を積層方向からみたときに互いに重なり合う領域に形成することで、超音波モータ素子の中央部においてL1共振を増幅することができ、大きな変位を得ることができる。   Further, by forming the first electrode communication portion and the second electrode communication portion in a region overlapping each other when viewed from the stacking direction, the L1 resonance can be amplified in the central portion of the ultrasonic motor element, and a large displacement is obtained. be able to.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。超音波モータ素子10の概略平面図を図1Aに、概略側面図を図1B,図1Cにそれぞれ示す。図1A〜1Cに示すように、超音波モータ素子10の長さ方向をY方向、幅方向をX方向、厚さ方向をZ方向とする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A schematic plan view of the ultrasonic motor element 10 is shown in FIG. 1A, and schematic side views thereof are shown in FIGS. 1B and 1C. As shown in FIGS. 1A to 1C, the length direction of the ultrasonic motor element 10 is defined as the Y direction, the width direction is defined as the X direction, and the thickness direction is defined as the Z direction.

超音波モータ素子10は、圧電板12と内部電極(後述する第1駆動電極14,第2駆動電極16,グランド電極18を包括する)とが交互に積層されてなる積層体20を備えている。この内部電極は一層おきに設けられた駆動電極(第1駆動電極14と第2駆動電極16を包括する)とグランド電極18とを備えている。なお、図1B,1Cには、内部電極は側面に露出した部分のみが記されており、内部電極の形状については後に図2を参照して詳細に説明する。   The ultrasonic motor element 10 includes a laminate 20 in which piezoelectric plates 12 and internal electrodes (including first drive electrodes 14, second drive electrodes 16, and ground electrodes 18 described later) are alternately laminated. . This internal electrode includes drive electrodes (including the first drive electrode 14 and the second drive electrode 16) and the ground electrode 18 provided in every other layer. 1B and 1C, only the portion of the internal electrode exposed on the side surface is shown, and the shape of the internal electrode will be described in detail later with reference to FIG.

積層体20の長辺側側面の両端部には摺動部材22が取り付けられており、この摺動部材22を被駆動体50に当接させる。被駆動体50はガイドレール52の長さ方向にスライド自在に保持されている。   Sliding members 22 are attached to both ends of the long side surface of the laminate 20, and the sliding members 22 are brought into contact with the driven body 50. The driven body 50 is slidably held in the length direction of the guide rail 52.

なお、摺動部材22としては耐摩耗性材料(例えば、ステンレス等の合金材料、炭化珪素等のセラミックス材料)が好適に用いられ、エポキシ樹脂等により積層体20に取り付けられる。   As the sliding member 22, a wear-resistant material (for example, an alloy material such as stainless steel or a ceramic material such as silicon carbide) is preferably used, and is attached to the laminate 20 with an epoxy resin or the like.

積層体20の構成について詳細に説明する。図2に超音波モータ素子10を構成する圧電板と内部電極の構造を示す。超音波モータ素子10の最下層から最上層へ向けて、図2では圧電板12に圧電板12a〜12jの符号を設けている。また図2では、各圧電板12a〜12jにその直上の内部電極パターンを示している。例えば、圧電板12a・12b間には圧電板12aに示されるようにグランド電極18が形成されていることがわかる。   The configuration of the laminate 20 will be described in detail. FIG. 2 shows the structure of the piezoelectric plate and the internal electrodes constituting the ultrasonic motor element 10. From the lowermost layer of the ultrasonic motor element 10 to the uppermost layer, in FIG. Further, in FIG. 2, the internal electrode patterns immediately above the piezoelectric plates 12a to 12j are shown. For example, it can be seen that a ground electrode 18 is formed between the piezoelectric plates 12a and 12b as shown by the piezoelectric plate 12a.

圧電板12b・12c間には、圧電板12bに示されているように、第1駆動電極14が配置されている。この第1駆動電極14は、2行2列に配置された4つの第1電極部14a〜14dと、これら4つの第1電極部14a〜14dのうち一方の対角に位置する2つの第1電極部14b・14cを電極面内において導通させる第1電極連通部14eとを有している。   Between the piezoelectric plates 12b and 12c, as shown in the piezoelectric plate 12b, the first drive electrode 14 is disposed. The first drive electrode 14 includes four first electrode portions 14a to 14d arranged in two rows and two columns, and two first electrode portions 14a to 14d located at one diagonal of the four first electrode portions 14a to 14d. It has the 1st electrode communication part 14e which makes the electrode parts 14b and 14c conduct | electrically_connect in an electrode surface.

第1電極部14a〜14dはそれぞれ、圧電板12bの側面へと伸びた凸部を有しており、この凸部が積層体20の側面に露出する。その露出部分が図1B,図1Cに示されている。   Each of the first electrode portions 14 a to 14 d has a convex portion extending to the side surface of the piezoelectric plate 12 b, and this convex portion is exposed on the side surface of the multilayer body 20. The exposed portion is shown in FIGS. 1B and 1C.

圧電板12d・12e間には、圧電板12dに示されているように、第2駆動電極16が配置されている。この第2駆動電極16は、4つの第1電極部14a〜14dと対応するように2行2列に配置された4つの第2電極部16a〜16d6と、これら4つの第2電極部16a〜16dのうち、第1駆動電極14において電極面内で導通している2つの第1電極部14b・14cの対角と反対の対角に位置する2つの第2電極部16a・16dを電極面内において導通させる第2電極連通部16eを有している。   Between the piezoelectric plates 12d and 12e, the second drive electrode 16 is disposed as shown in the piezoelectric plate 12d. The second drive electrode 16 includes four second electrode portions 16a to 16d6 arranged in two rows and two columns so as to correspond to the four first electrode portions 14a to 14d, and the four second electrode portions 16a to 16d. 16d, two second electrode portions 16a and 16d that are located opposite to the diagonal of the two first electrode portions 14b and 14c that are conductive in the electrode surface of the first drive electrode 14 are electrode surfaces. It has the 2nd electrode communication part 16e connected inside.

第2電極部16a〜16dもまたそれぞれ、圧電板12dの側面へと伸びた凸部を有しており、このような凸部は積層体20の側面に露出する。その露出部分が図1B,図1Cに示されている。   Each of the second electrode portions 16 a to 16 d also has a convex portion extending to the side surface of the piezoelectric plate 12 d, and such convex portion is exposed on the side surface of the multilayer body 20. The exposed portion is shown in FIGS. 1B and 1C.

第1電極連通部14eと第2電極連通部16eは、積層方向から見たときに、その殆どの部分が互いに重なり合う領域に形成されている。   The first electrode communication portion 14e and the second electrode communication portion 16e are formed in a region where most of the portions overlap each other when viewed from the stacking direction.

圧電板12a・12b間にはグランド電極18が設けられている。グランド電極18は、4つの第1電極部14a〜14dに対応する領域(この領域には、超音波モータ素子10の側面に露出させるための凸部部分は含まれない)を含んでいる。このグランド電極18にも、圧電板12aの側面へと伸びた凸部が設けられており、このような凸部が積層体20の側面に露出する。その露出部分が図1B,図1Cに示されている。   A ground electrode 18 is provided between the piezoelectric plates 12a and 12b. The ground electrode 18 includes a region corresponding to the four first electrode portions 14 a to 14 d (this region does not include a convex portion for exposure to the side surface of the ultrasonic motor element 10). The ground electrode 18 is also provided with a convex portion extending to the side surface of the piezoelectric plate 12 a, and such a convex portion is exposed on the side surface of the laminate 20. The exposed portion is shown in FIGS. 1B and 1C.

超音波モータ素子10において、圧電板12aから圧電板12eにかけての構造部と、圧電板12eから圧電板12iにかけての構造部は、圧電板12eを圧電板12aと重複させると明からなように、同じ構造を有している。圧電板12jは圧電板12iと圧電板12jとの間に設けられるグランド電極18を保護するために設けられている。   In the ultrasonic motor element 10, the structure portion from the piezoelectric plate 12a to the piezoelectric plate 12e and the structure portion from the piezoelectric plate 12e to the piezoelectric plate 12i are apparent when the piezoelectric plate 12e overlaps the piezoelectric plate 12a. Have the same structure. The piezoelectric plate 12j is provided to protect the ground electrode 18 provided between the piezoelectric plate 12i and the piezoelectric plate 12j.

図1Bに示されるように、積層体20の側面においてグランド電極18が露出している部分には、これらを接続するための第1外部電極24が設けられている。また、積層体20の同側面において第1電極部14bと第2電極部16bが露出している部分には、これらを接続するための第2外部電極26aが設けられている。さらに、積層体20の同側面において第1電極部14dと第2電極部16dが露出している部分には、これらを接続するための第3外部電極28aが設けられている。   As shown in FIG. 1B, a portion of the side surface of the stacked body 20 where the ground electrode 18 is exposed is provided with a first external electrode 24 for connecting them. Further, a second external electrode 26a for connecting the first electrode portion 14b and the second electrode portion 16b on the same side surface of the multilayer body 20 is provided. Further, a third external electrode 28a for connecting the first electrode portion 14d and the second electrode portion 16d on the same side surface of the stacked body 20 is provided.

図1Cに示されるように、第1外部電極24が設けられている側面と対向する側面において、第1電極部14cと第2電極部16cが露出している部分には、これらを接続するための第2外部電極26bが設けられている。また、積層体20の同側面において第1電極部14aと第2電極部16aが露出している部分には、これらを接続するための第3外部電極28bが設けられている。   As shown in FIG. 1C, on the side surface opposite to the side surface on which the first external electrode 24 is provided, the first electrode portion 14c and the second electrode portion 16c are exposed to the exposed portions. The second external electrode 26b is provided. A third external electrode 28b for connecting the first electrode portion 14a and the second electrode portion 16a on the same side surface of the stacked body 20 is provided.

すなわち、第2外部電極26a・26bは、第1電極連通部14eにより接続された2つの第1電極部14b・14cと、第2電極連通部16eにより接続されていない孤立した2つの第2電極部16b・16cとを接続している。第3外部電極28a・28bは、第1電極連通部14eにより接続されていない孤立した2つの第1電極部14a・14dと、第2電極連通部16eにより接続された2つの第2電極部16a・16dとを接続している。   That is, the second external electrodes 26a and 26b include two first electrode portions 14b and 14c connected by the first electrode communication portion 14e, and two isolated second electrodes not connected by the second electrode communication portion 16e. The parts 16b and 16c are connected. The third external electrodes 28a and 28b include two isolated first electrode portions 14a and 14d that are not connected by the first electrode communication portion 14e, and two second electrode portions 16a that are connected by the second electrode communication portion 16e.・ 16d is connected.

超音波モータ素子10では、給電のために、第1外部電極24にリード線32を、第2外部電極26aにリード線34を、第3外部電極28aにリード線36をそれぞれ取り付けた構造としている。このように超音波モータ素子10では、このように積層体20の一側面から給電を行うことができる。この場合、第2外部電極26bと第3外部電極28bにはリード線を取り付ける必要はない。つまり、第2外部電極26a・26bのいずれか一方にリード線を、第3外部電極28a・28bのいずれか一方にリード線を取り付ければよい。   The ultrasonic motor element 10 has a structure in which a lead wire 32 is attached to the first external electrode 24, a lead wire 34 is attached to the second external electrode 26a, and a lead wire 36 is attached to the third external electrode 28a for power supply. . As described above, in the ultrasonic motor element 10, power can be supplied from one side surface of the stacked body 20 in this way. In this case, it is not necessary to attach lead wires to the second external electrode 26b and the third external electrode 28b. That is, a lead wire may be attached to either one of the second external electrodes 26a and 26b, and a lead wire may be attached to any one of the third external electrodes 28a and 28b.

なお、超音波モータ素子10を固定保持等するための治具または容器に、これらの外部電極と接触する給電端子を設けておけば、各外部電極にリード線を取り付ける必要はない。   Note that if a jig or container for fixing and holding the ultrasonic motor element 10 is provided with a power supply terminal that comes into contact with these external electrodes, it is not necessary to attach a lead wire to each external electrode.

上述した構造を有する超音波モータ素子10は、好適には、以下のプロセスにより製造することができる。チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系圧電セラミックス等の圧電セラミックス粉末を、ドクターブレード法や押出成形法等のシート成形技術を用いてシート状に成形し、得られたグリーンシートを、焼成収縮を考慮して、圧電板の矩形形状に打ち抜く。   The ultrasonic motor element 10 having the above-described structure can be preferably manufactured by the following process. Piezoelectric ceramic powders such as lead zirconate titanate (PZT) -based piezoelectric ceramics are formed into a sheet using sheet forming techniques such as the doctor blade method and extrusion molding method, and the resulting green sheet is considered for firing shrinkage Then, it is punched into a rectangular shape of the piezoelectric plate.

圧電セラミックスの焼成温度に適合する内部電極材のペースト(例えば、Ag/Pdペースト、Pdペースト、Ptペースト等)を用いて、矩形グリーンシートにグランド電極の電極パターンをスクリーン印刷法等により印刷したもの(以下「シートA」という)を所定枚数作製する。同様に、矩形グリーンシートに第1駆動電極の電極パターンを印刷したもの(以下「シートB」という)を所定枚数作製し、矩形グリーンシートに第2駆動電極の電極パターンを印刷したもの(以下「シートC」という)を所定枚数作製する。作製したシートA・B・Cを、下から順番に、シートA,B,A,C,A,B,A,C,Aの順番で積み重ね、その上に電極ペーストが印刷されていない矩形グリーンシートをさらに積み重ね、熱プレス等を用いて一体化(熱圧着)する。   An electrode pattern of a ground electrode printed on a rectangular green sheet by a screen printing method using an internal electrode material paste (for example, Ag / Pd paste, Pd paste, Pt paste, etc.) suitable for the firing temperature of piezoelectric ceramics A predetermined number of sheets (hereinafter referred to as “sheet A”) are produced. Similarly, a rectangular green sheet printed with an electrode pattern of a first drive electrode (hereinafter referred to as “sheet B”) is prepared, and a rectangular green sheet printed with an electrode pattern of a second drive electrode (hereinafter referred to as “sheet B”). A predetermined number of sheets C) are prepared. The produced sheets A, B, and C are stacked in the order of the sheets A, B, A, C, A, B, A, C, and A, and the rectangular green on which no electrode paste is printed. The sheets are further stacked and integrated (thermocompression bonding) using a hot press or the like.

この圧着体を所定温度で焼成することにより、矩形グリーンシート部分は圧電板へ、印刷された電極ペーストはそれぞれの内部電極へと変化する。得られた焼成体の側面や端面を必要に応じて研磨加工し、形状を整えることで、積層体が得られる。第1〜第3外部電極を形成するために、積層体の側面の所定位置にAgペースト等を塗布し、これを焼成して焼き付ける。   By firing this pressure-bonded body at a predetermined temperature, the rectangular green sheet portion changes into a piezoelectric plate, and the printed electrode paste changes into respective internal electrodes. A laminated body is obtained by polishing the side surfaces and end surfaces of the obtained fired body as necessary, and adjusting the shape. In order to form the first to third external electrodes, an Ag paste or the like is applied to a predetermined position on the side surface of the laminate, and this is baked and baked.

次いで第1〜第3外部電極にリード線をハンダ付け等により取り付ける。第1外部電極と第2・第3外部電極との間に所定の直流電圧を印加することによって、圧電板を分極処理する。こうして、超音波モータ素子を得ることができる。   Next, lead wires are attached to the first to third external electrodes by soldering or the like. The piezoelectric plate is polarized by applying a predetermined DC voltage between the first external electrode and the second and third external electrodes. In this way, an ultrasonic motor element can be obtained.

超音波モータ素子10の駆動方法は、リード線32・34間に印加する交流電圧V1とリード線32・36間に印加する交流電圧V2の位相を90度ずらすことにより行われる。交流電圧V1・V2としては正弦波または三角波が好適である。   The driving method of the ultrasonic motor element 10 is performed by shifting the phase of the AC voltage V1 applied between the lead wires 32 and 34 and the AC voltage V2 applied between the lead wires 32 and 36 by 90 degrees. As AC voltage V1 * V2, a sine wave or a triangular wave is suitable.

これにより先に図4Aを参照して説明したように、超音波モータ素子10にL1B2共振モードの振動を生じさせると、摺動部材22に内部電極面と平行な面内(図1AのX−Y面内)において楕円運動が生じるので、被駆動体50をガイドレール52の長さ方向であるX方向に移動させることができる。被駆動体50の進行方向の制御は、交流電圧V1・V2のうちのどちらの位相を90度進めるかで決定することができる。   As described above with reference to FIG. 4A, when the ultrasonic motor element 10 is caused to vibrate in the L1B2 resonance mode, the sliding member 22 is in a plane parallel to the internal electrode surface (X-- in FIG. 1A). Since the elliptical motion occurs in the Y plane), the driven body 50 can be moved in the X direction, which is the length direction of the guide rail 52. Control of the traveling direction of the driven body 50 can be determined by which phase of the AC voltages V1 and V2 is advanced by 90 degrees.

超音波モータ素子10では、摺動部材22を積層体20の長辺側の側面に取り付けているので、摺動部材22のY方向変位量が大きくなる。そのため被駆動体50を高速移動させる目的に好適である。また、超音波モータ素子10は、積層構造により圧電板12の厚さを薄くすることができるので、低電圧駆動が可能である。また、第1電極連通部14eと第2電極連通部16eの殆どの部分を積層方向からみたときに互いに重なり合う領域に形成しているので、超音波モータ素子10の中央部においてL1共振を増幅することができる。これにより大きな変位を得ることができる(換言すれば、摺動部材22の楕円軌道の径が長くなり、摺動部材22の線速が速くなる)ので、被駆動体50を高速移動させることができる。また、大きな変位が得られるということは被駆動体50を駆動するトルクが大きくなることでもある。これにより、駆動に大きなトルクを必要とする被駆動体50を動かすことができるようになる。   In the ultrasonic motor element 10, since the sliding member 22 is attached to the side surface on the long side of the laminate 20, the displacement amount of the sliding member 22 in the Y direction increases. Therefore, it is suitable for the purpose of moving the driven body 50 at a high speed. Further, since the ultrasonic motor element 10 can reduce the thickness of the piezoelectric plate 12 by the laminated structure, it can be driven at a low voltage. Further, since most portions of the first electrode communication portion 14e and the second electrode communication portion 16e are formed in regions that overlap each other when viewed from the stacking direction, L1 resonance is amplified in the central portion of the ultrasonic motor element 10. be able to. As a result, a large displacement can be obtained (in other words, the diameter of the elliptical orbit of the sliding member 22 is increased and the linear velocity of the sliding member 22 is increased), so that the driven body 50 can be moved at a high speed. it can. In addition, the fact that a large displacement is obtained also means that the torque for driving the driven body 50 is increased. As a result, the driven body 50 that requires a large torque for driving can be moved.

上記説明においては、摺動部材22を積層体20の長辺側の側面の両端近傍に設けた形態を示したが、先に図4Bを参照して説明したように、摺動部材22は積層体20の短辺側の側面の中央部に設けてもよい。この場合には、摺動部材22が被駆動体50を押圧する方向での変位量が大きくなるので、被駆動体50を動かすために大きなトルクが必要とされる場合に好適である。また、直線的な動きを行う被駆動体50を取り上げた形態について説明したが、被駆動体はこれに限られるものではなく、例えば、回転自在に保持された円板の側面に摺動部材22をその径方向で当接させることにより、この円板を回転させることができる。   In the above description, the configuration in which the sliding member 22 is provided in the vicinity of both ends of the side surface on the long side of the laminate 20 has been described. However, as described above with reference to FIG. You may provide in the center part of the side surface of the short side of the body 20. FIG. In this case, the amount of displacement in the direction in which the sliding member 22 presses the driven body 50 becomes large, which is suitable when a large torque is required to move the driven body 50. Moreover, although the form which picked up the to-be-driven body 50 which carries out a linear motion was demonstrated, the to-be-driven body is not restricted to this, For example, the sliding member 22 is provided in the side surface of the disc hold | maintained rotatably. This disk can be rotated by abutting in the radial direction.

超音波モータ素子の概略平面図。The schematic plan view of an ultrasonic motor element. 超音波モータ素子の概略側面図。The schematic side view of an ultrasonic motor element. 超音波モータ素子の別の概略側面図。Another schematic side view of an ultrasonic motor element. 超音波モータ素子を構成する圧電板と電極の構造を示す平面図。The top view which shows the structure of the piezoelectric plate and electrode which comprise an ultrasonic motor element. L1B2共振モードの説明図。Explanatory drawing of L1B2 resonance mode. 超音波モータ素子のL1B2共振モードによる被駆動体の駆動態様を示す図。The figure which shows the drive aspect of the to-be-driven body by L1B2 resonance mode of an ultrasonic motor element. 超音波モータ素子のL1B2共振モードによる被駆動体の別の駆動態様を示す図。The figure which shows another drive aspect of the to-be-driven body by L1B2 resonance mode of an ultrasonic motor element.

符号の説明Explanation of symbols

10…超音波モータ素子、12・12a〜12j…圧電板、14…第1駆動電極、14a〜14d…第1電極部、14e…第1電極連通部、16…第2駆動電極、16a〜16d…第2電極部、16e…第2電極連通部、18…グランド電極、20…積層体、22…摺動部材、24…第1外部電極、26a・26b…第2外部電極、28a・28b…第3外部電極、32・34・36…リード線、50…被駆動体、52…ガイドレール、90…圧電素子、92…摺動部材、94A・94B…被駆動体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ultrasonic motor element, 12 * 12a-12j ... Piezoelectric plate, 14 ... 1st drive electrode, 14a-14d ... 1st electrode part, 14e ... 1st electrode communication part, 16 ... 2nd drive electrode, 16a-16d 2nd electrode part, 16e ... 2nd electrode communication part, 18 ... Ground electrode, 20 ... Laminated body, 22 ... Sliding member, 24 ... 1st external electrode, 26a, 26b ... 2nd external electrode, 28a, 28b ... Third external electrode 32, 34, 36 ... lead wire, 50 ... driven body, 52 ... guide rail, 90 ... piezoelectric element, 92 ... sliding member, 94A / 94B ... driven body.

Claims (3)

圧電板と内部電極とが交互に積層されてなる積層体を備えた超音波モータ素子であって、
前記内部電極は一層おきに設けられた駆動電極とグランド電極とを備え、
前記駆動電極は、積層方向に交互に配置された、2行2列に配置された4つの第1電極部を有する第1駆動電極と、前記4つの第1電極部と対応するように2行2列に配置された4つの第2電極部を有する第2駆動電極とを有し、
前記第1駆動電極は、前記4つの第1電極部のうち一方の対角に位置する2つの第1電極部を電極面内において導通させる第1電極連通部をさらに有し、
前記第2駆動電極は、前記4つの第2電極部のうち、前記第1駆動電極において電極面内で導通している2つの第1電極部の対角と反対の対角に位置する2つの第2電極部を電極面内において導通させる第2電極連通部をさらに有し、
前記グランド電極は前記4つの第1電極部に対応する領域を含み、
前記積層体の側面には、前記グランド電極どうしを接続する第1外部電極と、前記第1電極連通部により接続された2つの第1電極部と前記第2電極連通部により接続されていない孤立した2つの第2電極部とを接続する第2外部電極と、前記第1電極連通部により接続されていない孤立した2つの第1電極部と前記第2電極連通部により接続された2つの第2電極部とを接続する第3外部電極とが設けられていることを特徴とする超音波モータ素子。
An ultrasonic motor element comprising a laminate in which piezoelectric plates and internal electrodes are alternately laminated,
The internal electrode includes a drive electrode and a ground electrode provided every other layer,
The drive electrodes are arranged in two rows so as to correspond to the first drive electrodes having four first electrode portions arranged in two rows and two columns arranged alternately in the stacking direction, and the four first electrode portions. A second drive electrode having four second electrode portions arranged in two rows,
The first drive electrode further includes a first electrode communication portion that allows two first electrode portions located at one diagonal of the four first electrode portions to conduct in an electrode plane,
The second drive electrode includes two of the four second electrode portions that are located at diagonal opposite to the diagonal of the two first electrode portions that are conductive in the electrode plane in the first drive electrode. A second electrode communication portion for conducting the second electrode portion in the electrode plane;
The ground electrode includes a region corresponding to the four first electrode portions,
On the side surface of the laminate, the first external electrode that connects the ground electrodes, the two first electrode portions that are connected by the first electrode communication portion, and the isolation that is not connected by the second electrode communication portion A second external electrode that connects the two second electrode portions, two isolated first electrode portions that are not connected by the first electrode communication portion, and two second electrodes that are connected by the second electrode communication portion. An ultrasonic motor element comprising a third external electrode for connecting the two electrode portions.
前記第1電極連通部と前記第2電極連通部は、積層方向からみたときに互いに重なり合う領域に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ素子。   2. The ultrasonic motor element according to claim 1, wherein the first electrode communication portion and the second electrode communication portion are formed in regions that overlap each other when viewed in the stacking direction. 前記圧電板は矩形形状を有し、前記積層体の側面において前記圧電板の短辺中央部または長辺両端部に対応する部分に、被駆動体に当接する摺動部材が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波モータ素子。   The piezoelectric plate has a rectangular shape, and a sliding member that comes into contact with the driven body is provided on a side surface of the multilayer body corresponding to a short side central portion or both ends of the long side of the piezoelectric plate. The ultrasonic motor element according to claim 1, wherein:
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