JPH0319291A - 圧電複合振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波モータ等に用いられる圧電振動子に関し
、特に捩り振動及び縦振動を同一の圧電素子で発生させ
ることが可能な圧電複合振動子に関する。

［従来の技術］ 第４図（ａ）は従来の圧電捩り振動子の構造例であり、
円板状の圧電捩り振動子５１は、４個の扇型の圧電セラ
ミックス板５２が接合されて構成されている。夫々の扇
型の圧電セラミックス板は、第４図（ｂ）に示すように
、夫々の扇の弦の方向に分極処理が施されており、扇型
の圧電セラミックス板の上下面に電極を施し、上下電極
間に直流電圧を印加すると、扇型の圧電セラミックス板
には、板面と平行なすべり歪みが発生する。

４個の扇形の圧電セラミックス板５２が、円板状に接合
されている場合、夫々の扇形の圧電セラミックス板に発
生するすべり歪みは合成されて、円板の上下面が捩じれ
るような捩り歪みとなる。

第４図（ａ）の従来の圧電捩り振動子においては、先ず
、第４図（ｂ）に示すように、幅方向に分極処理された
圧電セラミックス板５３から超音波加工により扇形の圧
電セラミックス板を打ち抜いて第４図（ｃ）に示す矢印
のように、幅方向に分極処理された圧電セラミックス板
５２を作り、これを４個接着して円板状に構成するか、
ｊｉｆｌ５図（ａ）に示すように、厚さ方向に分極され
た圧電セラミックスのブロック５４から、第５図（ｂ）
の分極方向が対角線の方向になるような正四角柱５５を
切り出し、第５図（Ｃ）に示すように４本の正四角柱５
５を分極方向が閉じたループとなるように重ねて接着し
、第５図（ｄ）に示すように、外周を円柱状に研磨した
後、第５図（ｅ）のような円板状に切断する等を行って
いる。

第６図は従来の圧電縦振動子の構造例であり、（ａ）は
両面に電極が施され、矢印６９で示される厚さ方向に分
極された圧電セラミックス円板に電圧を印加し厚さ方向
の伸縮変位を得るものである。低い印加電圧で大きな変
位を得るために、薄い圧電セラミックス円板６７を複数
個積層して、第６図（ｂ）の６６゛の符号で示すように
構威されている場合がある。尚、６８および６８′は電
圧を印加するための接続線である。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図（ａ）の従来の圧電捩り振動子、第６図（ｂ）の
圧電縦振動子においては、複数個の圧電セラミックスが
接着されて構成されているため、接着による特性のばら
つきが大きい。また、第４図（ａ）．（ｂ）．（Ｃ）、
及び第５図（ａ），（ｂ）．（ｃ）．（ｄ）．（ｅ）に
示すような円板又はリングを得るための加工が複雑で、
コスト的にも非常に費用がかかるものであった。さらに
、捩り変位と伸縮変位を同時に得ようとした場合は、第
４図（ａ）の圧電捩り振動子５１と、第６図（ａ）の圧
電縦振動子６６を接着して構成するために、やはり接着
による特性のばらつきと接着コストがかかるという問題
があった。

そこで、本発明の技術課題は、以上に示した従来の圧電
捩り振動子及び圧電縦振動子の欠点を除去し、加工が測
単で、接着工程のないためにばらつきの少なく、同一の
圧電捩り振動子を有する圧電振動子に縦振動子を形成し
た圧電複合振動子を提供することにある。

［課題をＭ決するための手段］ 本発明によれば、圧電セラミックスの外周面の中央部に
該圧電セラミックスの長さ方向に対して交差する方向で
交互に配された複数の第１の斜め電極及び複数の第２の
斜め電極をもち、捩り振動を行う圧電捩り振動子部と、
前記外周面の円周方向に交互に配された複数の第１の周
電極及び複数の第２の周電極と複数の第３の周電極及び
複数の第４の周電極とを夫々もち、縦振動を行う第１及
び第２の圧電縦振動子部とを有し、前記第１及び第２の
圧電縦振動子部は前記外周面の一端部及び他端部に前記
圧電捩り振動子部に夫々連続して設けられていることを
特徴とする圧電複合振動子が得られる。

［作　用］ 本発明の圧電複合振動子は、圧電セラミックスの外周面
の中央部の圧電捩り振動子部、及びこの圧電捩り振動子
部の一端及び他端に連続して、第１及び第２の圧電縦振
動子部を有する。

圧電捩り振動子部は、圧電セラミックスの外周面の中央
部に長さ方向に対して交差する方向（好ましくは４５＠
）に複数の第１の斜め電極と複数の第２の斜め電極を施
して二端子とし、次に、第１及び第２の電極を用いて前
記圧電セラミックスに、前記第１及び第２の斜め電極の
長さ方向と直角な方向に分極処理を施されている。

前記第１及び第２の斜め電極間に電圧を印加すると、電
圧の極性が分極時の電圧の極性と同じ場合は分極の方向
に伸び歪みが発生し、電圧の極性が分極時の電圧の極性
と逆の場合は分極の方向に縮み歪みが発生する。

分極方向に伸び縮みが発生した場合は、分極方向と直角
な方向には夫々これらと反対に縮みあるいは伸び歪みが
発生する。以上の結果として、前記圧電セラミックスに
捩り変位が発生する。

さらに、第１の圧電縦振動子部は、圧電セラミックスの
外周面の一端部に円周方向に複数の第１の周電極及び複
数の第２の周電極を施して二端子とし、つぎに、第１及
び第２の周電極を用いて前記圧電セラミックスに、前記
第１及び第２の周電極の長さ方向と直角な方向、即ち、
圧電セラミックスの長さ方向に分極処理を施されている
。

この状態で前記第１及び第２の周電極に電圧を印加する
と、電圧の極性が分極時の電圧の極性と同じ場合は、分
極の方向に伸び歪みが発生し、電圧の極性が分極時の電
圧と極性が逆の場合は分極方向に縮み歪みが発生する。

一方、第２の圧電縦振動子部は、第１の圧電縦振動子部
と同様に、前記圧電セラミックスの外周面の他端部に、
円周方向に複数の第３の周電極及び複数の第４の周電極
を施して二端子とし、つぎに、第１及び第２の周電極を
用いて前記圧電セラミックスに、前記第１及び第２の周
電極の長さ方向と直角な方向、即ち、圧電セラミックス
の長さ方向に分極処理を施されている。

この状態で前記第１及び第２の周電極に電圧を印加する
と、電圧の極性が分極時の電圧の極性と同じ場合は、分
極の方向に伸び歪みが発生し、電圧の極性が分極時の電
圧と極性が逆の場合は分極方向に縮み歪みが発生する。

従って、圧電捩り縦振動子部、第１及び第２の圧電縦振
動子部とにより、捩り変位を生じる捩り振動と、伸縮変
位を生じる縦振動とが合った複合振動を生じる圧電複合
振動子が得られる。

［実施例］ 以下本発明の実施例について図面を参照しながら詳しく
説明する。

第１図は本発明の実施例に係る圧電複合振動子の構造を
示す斜視図である。この図において、圧電複合振動子１
は、パイプ状圧電セラミックス１０の外周面の中央部に
設けられた圧電捩り振動子部１ａとこの圧電捩り振動子
部１ａの一端及び他端に連続した第１の及び第２の圧電
縦振動子部ｌｂ，ｌｃを有する。

圧電捩り振動子部１ａは、パイプ状圧電セラミックス１
０の外周面に長さ方向に対して４５＠の角度となるよう
に、互いに平行な複数のｊｌＩ１の斜め電極１１及び複
数の第２の斜め電極１２が交互に形成され、夫々の端部
が円周に平行な第１の共通電極１１′及びこれに対向す
る第２の共通電極１２゛に夫々接続されている。

また、第１の圧電縦振動子部１ｂは、パイプ状圧電セラ
ミックスｌＯの外周面の円周方向に平行に且つ長さ方向
に交互に複数の第１の周電極１３及び複数の第２の周電
極１４が形成され、ｊｉ１−３の共通電極１３′及び第
４の共通電極１４゛に夫々接続されている。

更に、第２の圧電縦振動子部１ｃは、パイプ状圧電セラ
ミックス１０の外周面の円周方向に平行に且つ長さ方向
に交互に複数の第３の周電極１５及び複数の第４の周電
極１６が形成され、１１５の共通電極１５′及び第６の
共通電極１６゛に夫々接続されている。

第２図は本発明の実施例に係る圧電複合振動子の動作原
理の説明図であり、第２図（ａ）の斜視図において、圧
電セラミックス板２ｏの一方の面には横方向に交互に短
冊状の第１及び第２の表面電極１８及び１９が形成され
、第１及び第２の接！！電極１８′及び１９′に夫々接
続されて、一対の交差指電極を形威している。

第２図（ｂ）において、破線の矢印２１は一対の交差指
電極を用いて分極処理を施したときの分極の向きを示し
ており、第１の表面電極１８から第２の電極１９に向か
って分極されている。

第２図（ｃ）．（ｄ）は第２図（ｂ）において、分極処
理された圧電セラミックス板２ｏに直流電圧を印加した
場合に発生する歪みの状態をしめしており、第２図（ｃ
）．（ｄ）から分かるように電圧の極性が実線２２及び
２３で示す分極時の電圧の極性と同じ場合は分極の方向
に伸び歪みが、電圧の極性が分極時の電圧の極性と逆の
場合は分極の方向に縮み歪みが発生する。

第３図は圧電セラミックス円柱３ｏの両端面が図の矢印
のように、捩じれている場合に、この円柱３０の外周面
に発生する歪みの状態を示しており、円柱１ｏの中心軸
方向に対して４５＃の角度の方向で、しかも一点鎖線で
示される捩じれの矢印の向きに伸び歪みが発生し、これ
と直角な方向に縮み歪みが発生している。

第３図のような、圧電セラミツ．クス円柱３０の外周面
に、第２図と同様な一対の交差指電極を交差指の方向が
圧電セラミックス円柱の長さ方向に対して４５＠となる
ように形成し、この一対の交差指電極を用いて分極処理
を行い、同じ交差指電極に直流電圧を印加すると、電圧
の極性が分極時の電極の極性と同じ場合に円柱は一方向
に捩じれ、電圧の極性が分極時の逆の場合は逆方向に捩
じれる。

更に、圧電セラミックス円柱の外周面に、第２図に示し
たような交差指電極を交差指の方向が圧電セラミックス
円柱の円周方向と平行に形成し、この交差指電極を用い
て分極処理を行い、同じ交差指電極に直流電圧を印加す
ると、電圧の極性が分極時の電圧の極性と同じ場合に、
円柱は、長さ方向に伸び、電圧の極性が分極時の電圧の
極性と逆の場合は、逆に長さ方向に縮む。

従って、第１図の本発明の実施例に係る圧電複合振動子
においては、第１及び第２の共通電極２１′及び２２′
間に高圧直流電圧を印加して分極処理を施した後、電圧
を印加すれば、前述したようにパイプ状圧電セラミック
ス１０には、両端部が捩じれるような歪みが発生する。

同様にして、第３及び第４の共通電極１３゛１４゛間及
び第５及び第６の共通電極１５′１６′間に直流高電圧
を印加して分極処理を施した後、第３及び第４の共通電
極１３”，１４＝間及び第５及び第６の共通電極１５”
　　１６＝間夫々に交流電圧を印加すれば、前述したよ
うにパイプ状圧電セラミックスは、長さ方向に伸縮する
。

従って、この圧電捩り振動部１ａと第１及び第２の圧電
縦振動子部１ｂ，ｌｃとを同時に駆動すると、縦振動と
捩り振動とを複合した複合振動を発生する。

以上の実施例では、印加電圧として、直流電圧を印加し
た場合に発生する捩じれ歪み及び伸縮歪みについて述べ
たが、交流電圧を印加しても何等差し支えなく、捩り振
動と縦運動を同時に行う圧電複合振動子として超音波モ
ータなどに使用できる。

更に、本実施例以外にもパイプ状圧電セラミックスの内
周面に全面電極を施したり、外周面に施された電極と対
向する電極を施すなど種々の変形が考えられるが、これ
らは本発明の範囲に属することは明らかである。

［発明の効果］ 以上示した様に、本発明によれば、通常一般的に適用さ
れているプレス成型技術６こより容易に製造することが
可能な圧電セラミックス円柱あるいは圧電セラミックス
中空円柱を用いて、これらの外周面にこれも一般的な技
術である電極印刷を施すことにより圧電捩り振動子及び
圧電縦振動子等が得られるため、製造が容易で、接着工
程や複雑な加工工程による特性のばらつきの少ない圧電
複合振動子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る圧電複合振動子の構造を
示す斜視図、第２図（ａ）．（ｂ），（Ｃ），及び（ｄ
）は交差指電極を用いて分極及び電圧印加を行った場合
の歪みの発生状態の説明図、第３図は円柱状弾性体を捩
ったときの歪みの発生状態の説明図、第４図（ａ），（
ｂ）．及び（ｃ）は従来例に係る捩り振動子の構造及び
製造工程の説明図、第５図（ａ）．（ｂ），（ｃ）．（
ｄ），及び（ｅ）は従来の捩り振動子の製造肯定を順に
示す斜視図、第６図（ａ）．（ｂ）は従来の圧電縦振動
子の構造を示す斜視図である。 図中、１は圧電複合振動子、１ａは圧電捩り振動子部、
１ｂは第１の圧電縦振動子部、１ｃは第２の圧電縦振動
子部、１０はパイプ状圧電セラミックス、１１は第１の
斜め電極、１２は第２の斜め電極、１１′は第１の共通
電極、１２′は第２の共通電極、１３は第１の周電極、
１３′は第３の共通電極、１４は第２の周電極、１４′
は第４の共通電極、１５は第３の周電極、１５゛は第５
の共通電極、１６は第４の周電極、１６′は第６の共通
電極、１８は第１の表面電極、１８′は第１の接続電極
、１９は第２の表面電極、１９′は第２の接続電極、２
０は圧電セラミックス板、２１は分極方向を示す矢印、
２２は電圧印加方向を示す矢印、３０はバイブ状圧電セ
ラミックス、５１は円板状の圧電捩り振動子、５２は扇
型の圧電セラミックス板、５３は圧電セラミックス板材
、５４は圧電セラミックスのブロック、５５は正四角柱
、６６．６６−は圧電縦振動子、６７は矢印、６８．６
８″は接続線である。 尾２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．圧電セラミックスの外周面の中央部に該圧電セラミ
   ックスの長さ方向に対して交差する方向で交互に配され
   た複数の第１の斜め電極及び複数の第２の斜め電極をも
   ち、捩り振動を行う圧電捩り振動子部と、 前記外周面の円周方向に交互に配された複数の第１の周
   電極及び複数の第２の周電極と複数の第３の周電極及び
   複数の第４の周電極とを夫々もち、縦振動を行う第１及
   び第２の圧電縦振動子部とを有し、 前記第１及び第２の圧電縦振動子部は、前記外周面の一
   端部及び他端部に前記圧電捩り振動子部に夫々連続して
   設けられていることを特徴とする圧電複合振動子。