JP4245096B2 - Multilayer piezoelectric element, piezoelectric actuator using the same, and ultrasonic motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、簡単な制御回路で変位制御が可能な積層型圧電素子およびこれを用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、超音波モータに関する。
【0002】
【従来の技術】
図12は、従来の積層型圧電素子の一例を示す構造図である。この積層型圧電素子1000は、複数枚の圧電素子1001と、各圧電素子1001との間に設けた電極1002とから構成されている。一般に圧電縦効果は、横効果と比較して同一電界下で約2倍の変位を発生するためエネルギー変換効率が高いものとなる。このため、積層した各圧電素子1001はそれぞれ厚み方向に分極処理されている。また、電極1002は一層おきにずらして形成し、外部で電気的に並列接続してある。圧電素子1001の積層は接着により行ってもよいが、グリーンシート法により一体化するほうが、信頼性、量産性の点で有利であり、圧電素子1001を薄型化することができる。この積層型圧電素子1000に駆動電圧を印加すると、各圧電素子1001の伸縮により積層方向の変位を得ることができる。
【0003】
図13は、積層型圧電素子を用いたアクチュエータを示す構成図である。このアクチュエータ1100は、前記積層型圧電素子1000と、積層型圧電素子1000を駆動する駆動回路1101と、駆動回路1101を制御する制御回路1102と、制御回路1102に積層型圧電素子1000の動作状態をフィードバックする動作状態検出回路1103と、制御回路1102に動作指示の信号を与える指示部1104とから構成されている。制御回路1102は、指示部1104からの指示に従い、駆動回路1101に制御信号を送出する。駆動回路1101では、制御信号に基づき所定の直流電圧を積層型圧電素子1000に印加する。積層型圧電素子1000の変位量は動作状態検出回路1103により検出され、制御回路1102にフィードバックされる。制御回路1102は、目標値になるまで制御信号を駆動回路1101に送出する。
【0004】
図14は、積層型圧電素子の他の従来例を示す断面図であり、特開平8−213664号公報に開示のものである。この積層型圧電素子1000はランジュバン型の超音波モータに応用するものであって、かかる超音波モータ1200は、積層型圧電素子1000を弾性体1201、1202で挟み、中心をボルト1203で固定した構造となる。弾性体1201の端面には回転体1204が加圧接触しており、この接触圧力はボルト1203の締め力とバネ1205の弾性力によって規制されている。積層型圧電素子1000に周波電圧を印加するとその振動が弾性体1201に伝わり、この弾性体1201と回転体1204との間の摩擦力によって回転体1204が回転する。
【0005】
図15は、従来の積層型圧電素子を用いたセンサの一例を示す構成図である。このセンサ1300は、具体的には加速度センサや圧電ジャイロなどである。この加速度センサ1300は、U字形状をした複数枚の板状圧電体1301を積層焼成した構造である。加速度センサ1300は、圧電素子の圧電効果(変形することで電圧を得る)を利用したものであり、2本の梁部分1302、1303が水平方向または垂直方向にたわむことで微弱な電流を発生させている。この電流を増幅すれば、センサ信号として用いることができる。また、梁部分1302、1303は2本に限らず、3本にしてもよい。このように、積層型圧電素子1000を用いた超音波モータ、アクチュエータおよびセンサによれば、全体を小型化することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の積層型圧電素子1000では、アクチュエータとして用いる場合、各圧電素子1001に印加する電圧が一定のとき一定の変位をするから、変位量を制御するためには異なる駆動電圧を用いる制御回路を用いなければならないため、回路構成が複雑になってしまうという問題点があった。
【0007】
つぎに、上記超音波モータ1200では、縦振動を強くするとトルクを大きくでき、ねじり振動を強くすると回転数を高くすることができるが、例えば縦振動に強弱をつけてトルクを調節しようとする場合、圧電素子1001の厚さが同一であるため2つの異なる周波電圧発生手段が必要になり、同じく制御回路が複雑化するという問題点があった。さらに、上記センサ1300では、積層型圧電素子を構成する板状圧電体1301の厚みが同一であるため、検出できる変位の大きさや周波数が制約されるという問題点があった。
【0008】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な制御回路で変位制御が可能な積層型圧電素子およびこれを用いた圧電アクチュエータ、圧電センサ、超音波モータを提供することを目的とする。また、検出範囲を広くできる圧電センサを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項1に係る積層型圧電素子は、第1の積層型 圧電素子を構成する圧電素子の厚さを、第2の積層型圧電素子を構成する圧電素 子よりも薄くし、当該第1および第2の積層型圧電素子を並設し一体化したもの である。
【0010】
また、請求項5に係る圧電アクチュエータは、構成する圧電素子の厚さを異な るものとした複数の積層型圧電素子を一体化し、各積層型圧電素子に対して電圧 を印加する駆動手段を設けると共にこの駆動手段を制御して電圧を印加する積層 型圧電素子を選択する制御手段を設けたものである。
【0011】
また、請求項6に係る超音波モータは、構成する圧電素子の厚さを異なるもの とした複数の積層型圧電素子を一体化すると共にこの積層型圧電素子に振動変換 部材を設け、さらに、各積層型圧電素子に対して電圧を印加する駆動手段と、こ の駆動手段を制御して電圧を印加する積層型圧電素子を選択する制御手段とを設 け、前記振動変換部材を振動接触させることで移動体を駆動するものである。
【0012】
また、請求項7に係る超音波モータは、第1の積層型圧電素子を構成する圧電 素子の厚さを、第2の積層型圧電素子を構成する圧電素子よりも薄くし、当該第 1および第2の積層型圧電素子を積み重ねて一体化すると共に当該一体化した積 層型圧電素子の側面に振動変換部材を取り付け、さらに、各積層型圧電素子に対 して周波電圧を印加する駆動手段を設け、前記第1の積層型圧電素子により縦振 動を励振し、前記第2の積層型圧電素子により屈曲振動を励振し、前記振動変換 部材を移動体に振動接触させることで当該移動体を駆動するものである。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。この積層型圧電素子100は、第1の積層型圧電素子110と第2の積層型圧電素子120とを厚み方向に重ねた一体構造であり、第1の積層型圧電素子110は、第2の積層型圧電素子120を構成する圧電素子121よりも薄い圧電素子111を積層したものである。第1の積層形圧電素子110では、各圧電素子111の間に電極112が設けられており、一層おきに外部で電気的に並列接続されている。圧電素子111、121には、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、チタン酸バリウム、酸化チタンなどを用いることができ、この他に電圧を加えると変形する材料であれば適宜使用することができる。この圧電素子111、121は、厚み方向に分極処理されている。また、第2の積層形圧電素子120においても、各圧電素子121の間に電極122が設けられており、一層おきに外部で電気的に並列接続されている。
【0030】
第1の積層形圧電素子110と第2の積層形圧電素子120には、別々に周波電圧が印加される。具体的な回路構成については、下記の実施の形態にて例示する。圧電素子111、121の変位は、その縦効果を利用するものとし、厚さが薄いほど低い電圧で大きな変位を得ることができる。このため、同じ厚み(積層数は異なる)では、第1の積層形圧電素子110のほうが第2の積層形圧電素子120よりも得られる変位量が大きくなる。
【0031】
つぎに、この積層形圧電素子100の製造方法について説明する。まず、仮焼粉末に有機溶剤、バインダ、可塑剤および分散剤を添加すると共にこれらを混合してスラリーを作成する。なお、仮焼粉末を用いるのは、焼成による寸法変化などを防止するためである。続いて、前記スラリーをポリエステル製キャリヤフィルム上に厚さ100μm程度でキャスティングする。スラリーが乾燥したら、キャスティングフィルムから剥離してグリーンシートを得る(テープキャスティング法)。このグリーンシートを第1の積層形圧電素子110に用いるとすれば、第2の積層形圧電素子120に用いるグリーンシートを得るには、スラリーを厚めにキャスティングする必要がある。グリーンシートの厚みを変えるには、テープキャスティング装置のドクターブレードとキャリアシートとの間隔を広くすればよい。そして、このグリーンシートを所定寸法の矩形状に打ち抜き、その片面に内部電極用導体ペーストを形成する。この導体ペーストは厚さが数μm程度であって、スクリーン印刷により形成することができる。また、電極112、122は、各圧電素子111、121の表裏でずらして形成する。
【0032】
まず、厚い方のグリーンシートを金型内に4枚積層して第2の積層型圧電素子120とすると共に更にその上に薄い方のグリーンシート6枚積層し、高圧でプレス成形する。これにより厚さの異なる圧電素子111、121が積層一体化する。プレス時の温度は約100℃程度であるが、この温度は、用いる有機バインダの軟化温度により決定される。脱脂工程に入ると、500℃〜600℃まで温度を上げてゆっくりと加熱することで、含まれている有機バインダを熱分解し、除去するようにする。その後、耐火煉瓦を用いた電気炉内にて1000〜1200℃で焼成する。焼成中は、誤差が2℃程度になるように精密に温度制御を行う。最後に積層した圧電素子111、121の両面に電極112、122を塗布して焼き付ける。上記したように電極112、122は圧電素子111、121の表裏でずらして成形されているから、短絡電極113、123に対して当該電極112、122が一つおきに短絡し、並列接続される。
【0033】
以上、この積層型圧電素子100では、第2の積層型圧電素子120と第1の積層型圧電素子110との組み合わせにより、2つ以上の駆動力、変位量の発生ならびに検出が容易になる。また、複雑な駆動回路を有することなく、微動(第2の積層型圧電素子120)と粗動(第1の積層型圧電素子110)が可能になる。また、高周波数で且つ微小変位の検出(第1の積層型圧電素子110)と低周波数で且つ大きな変位の検出(第2の積層型圧電素子120)が可能になる。
【0034】
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。この積層型圧電素子200は、第1の積層型圧電素子210と第2の積層型圧電素子220とを並列に一体化した構造であり、第1の積層型圧電素子210は、第2の積層型圧電素子220を構成する圧電素子221よりも薄い圧電素子211を積層したものである。各圧電素子211、221は、その両面に電極212、222が形成されており、それぞれ厚み方向に分極処理されている。この積層型圧電素子200では、例えば同位相の電圧を印加した場合、第1の積層型圧電素子210と第2の積層型圧電素子220とで変位が異なるから、図3に示すように、それぞれの上面にブリッジ250を形成してその中心にミラー251を取り付ければ、ミラー角度を変更することができる。同位相の電圧を印加すると第2の積層型圧電素子220よりも第1の積層型圧電素子210の変位の方が大きいので、ミラー251が時計回りに傾いて光線Lの反射方向を変えることができる。例えばレーザ光の走査ミラーなどに応用できる。
【0035】
この積層型圧電素子200は、上記実施の形態1と略同様の方法によって製造することができ、各第1および第2の積層型圧電素子210、220の構成は実施の形態1と同様であるから、詳細な説明は省略する。なお、第1の積層型圧電素子210と第2の積層型圧電素子220とに介在する短絡電極213は共通電極となり、焼成前に予め塗布しておく。かかる構成であっても、上記同様の効果を奏することができると共に変位量の差を利用して各種の装置(図3参照)に応用することができる。
【0036】
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態4にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。この積層型圧電素子300は、実施の形態1にかかる積層型圧電素子100と略同一の構造であるが、第2の積層型圧電素子320を構成する圧電素子321の厚みが、第1の積層型圧電素子310を構成する圧電素子311の厚み(t)の整数倍(nt:nは整数)になっている点が異なる。これ以外は、実施の形態1と同様であるから説明を省略する。通常、所望厚さの圧電素子を作成するには、最も薄肉の圧電素子を作成しておき、この圧電素子を必要枚数だけ積層焼結するようにしている。このため、基本となる圧電素子の整数倍にすることで、積層型圧電素子300を製造しやすくなる。
【0037】
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態5にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。この積層型圧電素子400は、構成する圧電素子の厚さが異なる3種類の積層型圧電素子410、420、430を組み合わせて一体化したものである。第1の積層型圧電素子410を構成する圧電素子411は、第2の積層型圧電素子420を構成する圧電素子421の半分の厚さであり、第3の積層型圧電素子430を構成する圧電素子431の厚さは、第1の積層型圧電素子410を構成する圧電素子411の厚さの半分である。さらに、第1の積層型圧電素子410の面積は、第2の積層型圧電素子420の面積の半分であり、第3の積層型圧電素子430の面積は、第1の積層型圧電素子410と第2の積層型圧電素子420とを加えた面積と同じである。圧電素子の面積が大きいほど発生力が大きくなる。
【0038】
各第1〜第3の積層型圧電素子410〜430は、上記実施の形態1にて説明した工程により作成するが、第3の積層型圧電素子430については分割構造とし、その分割面が第1と第2の積層型圧電素子410、420の接合面と同位置になるようにする。焼成する際にこの分割面に短絡電極432となる導電ペーストを塗布し、第1と第2の積層型圧電素子410、420の共通電極412、第3の積層型圧電素子430の左側と右側との共通電極432とする。第3の積層型圧電素子430については2分割構造し、独立に通電可能な構造にしているので、左側と右側とを独立に駆動することができる。さらに、第1と第2の積層型圧電素子410、420を独立に駆動可能であるから、この積層型圧電素子400によれば、より複雑な変形を行うことができる。
【0039】
実施の形態6.
図6は、上記積層型圧電素子100を圧電アクチュエータに応用する場合の回路構成を示すブロック図である。この圧電アクチュエータ100は、上記第1の積層型圧電素子110および第2の積層型圧電素子120と、第1の積層型圧電素子110を駆動する第1駆動回路601と、第2の積層型圧電素子120を駆動する第2駆動回路602と、第1駆動回路601および第2駆動回路602を制御する制御回路603と、制御回路603に動作指示の信号を与える指示部604と、積層型圧電素子100に設けた出力取出部605と、積層型圧電素子100を固定支持する固定支持台606とから構成されている。
【0040】
制御回路603は、指示部604からの指示に従い各駆動回路601、602に制御信号を送出する。駆動回路601、602では、制御信号に基づき所定の直流電圧を積層型圧電素子100に印加する。また、指示部604からの信号により第1の積層型圧電素子110と第2の積層型圧電素子120との選択が行われ、例えば第1の積層型圧電素子110を駆動する場合は、第1駆動回路601に制御信号を送出する。これにより第1の積層型圧電素子110が粗動変位する。また、第2の積層型圧電素子120を駆動する場合は、第2駆動回路602に制御信号を送出することで、第2の積層型圧電素子120が微動変位する。
【0041】
図7は、この圧電アクチュエータを応用した超音波モータの構成例を示す説明図である。この積層型圧電素子100に突起651を持った振動体652を接合し、突起先端を斜めに形成する。そして、この突起651に対向して移動体653を配置する。なお、積層型圧電素子100の他面は、固定支持台606に固定されている。この状態で積層型圧電素子100を振動させると、突起651先端が移動体653に連続的に接触し、移動体653を一方向に移動させる。制御回路603により第1の積層型圧電素子110を選択駆動すると、第1の積層型圧電素子110が微動変位するため、移動体653の移動量は小さくなる。一方、第2の積層型圧電素子120を選択駆動すると、第2の積層型圧電素子120が粗動変位するので、移動体653の移動量は大きくなる。
【0042】
実施の形態7.
図8は、上記積層型圧電素子を圧電センサに応用する場合の回路構成を示すブロック図である。図9は、この圧電アクチュエータの具体的構成例を示す説明図である。この圧電センサ700は、固定支持部701の一方側に第1の積層型圧電素子110を、他方側に第2の積層型圧電素子120を接合した構成である。また、第1および第2の積層型圧電素子110、120は検出回路702に接続されており、この検出回路702から送出した信号は信号増幅・整形回路703により増幅・整形される。第1の積層型圧電素子110は、各圧電素子が薄いため低周波数で大きな変位の検出が可能である。第2の積層型圧電素子120は、各圧電素子が厚いため高周波数で小さな変位の検出が可能である。
【0043】
実施の形態8.
図10は、上記積層型圧電素子を超音波モータに応用する場合の回路構成を示すブロック図である。図11は、超音波モータの具体的構成例を示す説明図である。積層型圧電素子100は、振動体支持部材801により支持台802上に固定されている。積層型圧電素子100の側面には振動変換部材803が設けられており、この振動変換部材803は移動体804と接触している。移動体804はその中心軸805により軸支されている。中心軸805は、支持台802に固定されている。
【0044】
第1の積層型圧電素子110は、駆動回路806により周波電圧を印加することで縦振動を励振する。この場合、第1の積層型圧電素子110を構成する各圧電素子111の横効果を利用して伸縮運動をおこさせることになる。第2の積層型圧電素子120は、バイモルフ変位素子として用い、周波電圧を印加することにより一方の圧電素子121に縮み変位を、もう一方の圧電素子121に伸び変位を起こさせて屈曲振動を励振させる。この縦振動と屈曲振動との組み合わせにより、振動変換部材803が移動体804の表面に対して楕円運動を行う。この振動変換部材803と移動体804との間の摩擦力により移動体804が回転する。なお、本実施の形態では、第1の積層型圧電素子で伸縮運動、第2の積層型圧電素子で屈曲運動を起こすことにより、トルクの大きな超音波モータを実現する場合を示したが、反対に第1の積層型圧電素子で屈曲振動、第2の積層型圧電素子で伸縮運動を起こすようにして、回転数を速くすることも容易に実施でき、本願に該当するものである。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の積層型圧電素子(請求項1)によれば、一体化した各積層型圧電素子を構成する圧電素子の厚みを変えることにより、簡単な制御回路で変位量の制御が可能になる。
【0046】
つぎに、この発明の積層型圧電素子(請求項2)によれば、第1の積層型圧電素子を構成する圧電素子の厚みを、第2の積層型圧電素子を構成する圧電素子よりも薄くした。このため、第1および第2の積層型圧電素子を選択することで簡単に変位ならびに駆動力を制御することができる。
【0047】
つぎに、この発明の積層型圧電素子(請求項3)では、第1の積層型圧電素子と第2の積層型圧電素子とを並設したので、複雑な変位を行うことができる。
【0048】
つぎに、この発明の積層型圧電素子(請求項4)では、構成する圧電素子の厚さが異なる他の積層型圧電素子を一体化したので、より複雑で緻密な変位制御が可能になる。
【0049】
つぎに、この発明の積層型圧電素子(請求項5)では、各積層型圧電素子を構成する圧電素子の厚さの比を整数値としたので、製造しやすい。
【0050】
つぎに、この発明の積層型圧電素子(請求項6)では、各積層型圧電素子の面積を異なるものとしたため、変位量の制御に加えて発生力の制御を行うことができる。
【0051】
つぎに、この発明の圧電アクチュエータ(請求項7)では、電圧を印加する積層型圧電素子を選択して変位量を制御するようにしたので、簡単な回路で変位制御が可能になる。
【0052】
つぎに、この発明の圧電センサ(請求項8)では、圧電素子の厚さを異なるものとした複数の積層型圧電素子を用いることで、検出できる範囲を広くすることできる。
【0053】
つぎに、この発明の超音波モータ(請求項9)では、積層型圧電素子を選択することにより移動体の移動量を制御できるから、簡単な回路で移動量を制御可能になる。
【0054】
つぎに、この発明の超音波モータ(請求項10)では、一体化した積層型圧電素子の第1の積層型圧電素子により縦振動を励振し、前記第2の積層型圧電素子により屈曲振動を励振し、前記振動変換部材を移動体に振動接触させることで当該移動体を駆動するようにしたので、簡易な構造により超音波モータを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。
【図2】この発明の実施の形態2にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。
【図3】図2の積層型圧電素子の具体的応用例を示す説明図である。
【図4】この発明の実施の形態4にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。
【図5】この発明の実施の形態5にかかる積層型圧電素子を示す構造図である。
【図6】積層型圧電素子を圧電アクチュエータに応用する場合の回路構成を示すブロック図である。
【図7】図6に示した圧電アクチュエータを応用した超音波モータの構成例を示す説明図である。
【図8】積層型圧電素子を圧電センサに応用する場合の回路構成を示すブロック図である。
【図9】図8に示した圧電アクチュエータの具体的構成例を示す説明図である。
【図10】積層型圧電素子を超音波モータに応用する場合の回路構成を示すブロック図である。
【図11】図10に示した超音波モータの具体的構成例を示す説明図である。
【図12】従来の積層型圧電素子の一例を示す構造図である。
【図13】積層型圧電素子を用いたアクチュエータを示す構成図である。
【図14】積層型圧電素子の他の従来例を示す断面図であり、特開平8−213664号公報に開示のものである。
【図15】従来の積層型圧電素子を用いたセンサの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
100 積層型圧電素子
110 第1の積層型圧電素子
111 圧電素子
112 電極
120 第2の積層型圧電素子
121 圧電素子
122 電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laminated piezoelectric element capable of displacement control with a simple control circuit, and a piezoelectric actuator, piezoelectric sensor, and ultrasonic motor using the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a structural diagram showing an example of a conventional multilayer piezoelectric element. The multilayer
[0003]
FIG. 13 is a configuration diagram showing an actuator using a multilayer piezoelectric element. The actuator 1100 includes the multilayer
[0004]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another conventional example of a laminated piezoelectric element, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-213664. The multilayer
[0005]
FIG. 15 is a configuration diagram showing an example of a sensor using a conventional multilayer piezoelectric element. The
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the conventional multilayer
[0007]
Next, in the
[0008]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and provides a multilayer piezoelectric element capable of displacement control with a simple control circuit, and a piezoelectric actuator, piezoelectric sensor, and ultrasonic motor using the same. Objective. It is another object of the present invention to provide a piezoelectric sensor that can widen the detection range.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the laminated piezoelectric element according to claim 1, the thickness of the piezoelectric element constituting the first laminated piezoelectric element, a piezoelectric element constituting the second laminated piezoelectric element The first and second laminated piezoelectric elements are arranged side by side and integrated .
[0010]
The piezoelectric actuator according to claim 5, and integrating a plurality of laminated piezoelectric element was shall different thickness of the piezoelectric element constituting provided a driving means for applying a voltage to each multi-layer piezoelectric element In addition, control means for controlling the driving means to select a laminated piezoelectric element to which a voltage is applied is provided.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic motor in which a plurality of laminated piezoelectric elements having different thicknesses of piezoelectric elements are integrated, and a vibration converting member is provided on the laminated piezoelectric element. a driving means for applying a voltage to the stacked piezoelectric element, only set and control means for selecting the multi-layer piezoelectric element which applies a voltage to control the drive means of this, by vibrating contacting said vibration converting member The moving body is driven by
[0012]
The ultrasonic motor according to claim 7, the thickness of the piezoelectric element constituting the first laminated piezoelectric element, thinner than the piezoelectric elements constituting the second laminated piezoelectric element, the first and attaching a vibration transducer member to the side of the product layer piezoelectric element in which the integrated with integrated by stacking the second laminated piezoelectric element, further, a driving means for applying a frequency voltage to pair each laminated piezoelectric element the provided, said the first multi-layer piezoelectric element exciting the Tatefu dynamic, the the second multi-layer piezoelectric element exciting the flexural vibration, the vibration conversion member the mobile by vibrating contact with the moving body Is to drive.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
Embodiment 1 FIG.
1 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to Embodiment 1 of the present invention. The multilayer
[0030]
A frequency voltage is separately applied to the first laminated
[0031]
Next, a method for manufacturing the multilayer
[0032]
First, four thicker green sheets are laminated in a mold to form the second laminated
[0033]
As described above, in the multilayer
[0034]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to Embodiment 2 of the present invention. The multilayer
[0035]
The multilayer
[0036]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to Embodiment 4 of the present invention. The multilayer
[0037]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to Embodiment 5 of the present invention. This multilayer
[0038]
Each of the first to third stacked
[0039]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration when the laminated
[0040]
The
[0041]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration example of an ultrasonic motor to which this piezoelectric actuator is applied. A vibrating
[0042]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a circuit configuration when the multilayer piezoelectric element is applied to a piezoelectric sensor. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a specific configuration example of the piezoelectric actuator. The
[0043]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration when the multilayer piezoelectric element is applied to an ultrasonic motor. FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a specific configuration example of the ultrasonic motor. The laminated
[0044]
The first laminated
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the multilayer piezoelectric element of the present invention (Claim 1), the displacement amount can be controlled with a simple control circuit by changing the thickness of the piezoelectric elements constituting each integrated multilayer piezoelectric element. Control becomes possible.
[0046]
Next, according to the multilayer piezoelectric element of the present invention (claim 2), the thickness of the piezoelectric element constituting the first multilayer piezoelectric element is made thinner than that of the piezoelectric element constituting the second multilayer piezoelectric element. did. For this reason, the displacement and the driving force can be easily controlled by selecting the first and second stacked piezoelectric elements.
[0047]
Next, in the multilayer piezoelectric element of the present invention (Claim 3), since the first multilayer piezoelectric element and the second multilayer piezoelectric element are arranged in parallel, a complicated displacement can be performed.
[0048]
Next, in the multilayer piezoelectric element according to the present invention (Claim 4), since other multilayer piezoelectric elements having different thicknesses of the piezoelectric elements to be formed are integrated, more complex and precise displacement control becomes possible.
[0049]
Next, the multilayer piezoelectric element of the present invention (Claim 5) is easy to manufacture because the thickness ratio of the piezoelectric elements constituting each multilayer piezoelectric element is an integer value.
[0050]
Next, in the multilayer piezoelectric element of the present invention (Claim 6), since the areas of the multilayer piezoelectric elements are different, the generated force can be controlled in addition to the displacement amount.
[0051]
Next, in the piezoelectric actuator of the present invention (Claim 7), since the displacement amount is controlled by selecting the laminated piezoelectric element to which the voltage is applied, the displacement can be controlled with a simple circuit.
[0052]
Next, in the piezoelectric sensor according to the present invention (Embodiment 8), the detectable range can be widened by using a plurality of stacked piezoelectric elements having different thicknesses.
[0053]
Next, in the ultrasonic motor of the present invention (Claim 9), the movement amount of the moving body can be controlled by selecting the laminated piezoelectric element, and therefore the movement amount can be controlled with a simple circuit.
[0054]
Next, in the ultrasonic motor of the present invention (claim 10), longitudinal vibration is excited by the first laminated piezoelectric element of the integrated laminated piezoelectric element, and bending vibration is produced by the second laminated piezoelectric element. Since the moving body is driven by exciting and bringing the vibration converting member into vibration contact with the moving body, an ultrasonic motor can be configured with a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific application example of the multilayer piezoelectric element of FIG. 2;
FIG. 4 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a structural diagram showing a multilayer piezoelectric element according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a circuit configuration when a multilayer piezoelectric element is applied to a piezoelectric actuator.
7 is an explanatory diagram showing a configuration example of an ultrasonic motor to which the piezoelectric actuator shown in FIG. 6 is applied. FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a circuit configuration when a multilayer piezoelectric element is applied to a piezoelectric sensor.
9 is an explanatory diagram showing a specific configuration example of the piezoelectric actuator shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration when a laminated piezoelectric element is applied to an ultrasonic motor.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a specific configuration example of the ultrasonic motor shown in FIG. 10;
FIG. 12 is a structural diagram showing an example of a conventional multilayer piezoelectric element.
FIG. 13 is a configuration diagram showing an actuator using a multilayer piezoelectric element.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another conventional example of a laminated piezoelectric element, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-213664.
FIG. 15 is a configuration diagram showing an example of a sensor using a conventional multilayer piezoelectric element.
[Explanation of symbols]
100
Claims (7)
前記第1の積層型圧電素子により縦振動を励振し、前記第2の積層型圧電素子にLongitudinal vibration is excited by the first multilayer piezoelectric element, and the second multilayer piezoelectric element より屈曲振動を励振し、前記振動変換部材を移動体に振動接触させることで当該By exciting bending vibration and bringing the vibration converting member into vibration contact with the moving body 移動体を駆動することを特徴とする超音波モータ。An ultrasonic motor that drives a moving body.
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