JPH0628951Y2 - 圧電アクチユエ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は圧電アクチュエータに係り、例えば圧電モータ
に好適する圧電アクチュエータの改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の圧電アクチュエータとしては、第１３図
に示すように、偏平な圧電板１の片面に複数の分割電極
３を形成し、対向面には分割電極３と重なるように共通
電極５を形成し、隣合う分割電極３毎に圧電板１に逆の
厚み方向分極を交互に施し、金属製の導電性弾性板７を
それら分割電極３と接触させるようにして圧電板１に接
着剤で固着させた構成を有していた。

なお、分割電極３は導電性弾性板７によって共通接続さ
れるが、圧電板１に交互に異なる厚み方向の分極を施す
ために各々独立して形成される。

このような圧電アクチュエータは、共通電極５と導電性
弾性板７間すなわち共通電極５と分割電極３間に所定の
交流電圧を印加すると、圧電板１が隣合う分割電極３毎
に交互に伸縮振動（第１３図中矢符）を繰り返し、圧電
板１に固着された導電性弾性板７が屈曲振動してその表
面上には縦波と横波の合成された第１４図のような進行
波Ａが生じ、時間とともにＡ′のように進行する。第１
１図中符号ωは進行波の横振幅、符号ｕは縦振幅であ
り、進行波はこれらの合成されたものである。

従って、この導電性弾性板７にスライダー９を載置すれ
ば、その進行波Ａによってスライダー９を進行波Ａの進
行方向とは反対方向へ移動させることが可能となる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような圧電アクチュエータは、交互
に伸縮振動の生じる領域が同じ１枚の圧電板１中で交互
に連続しているから、伸縮振動の大きさが制限されて導
電性弾性板７を大きな変位で屈曲振動させることが困難
であった。

一方、分割電極３と共通電極５間に高い駆動電圧を印加
すれば、導電性弾性板７を大きな屈曲振動を生じさせる
ことが可能になると考えられるが、あまり高い駆動電圧
を印加して無理に大きな伸縮振動を生じさせると、圧電
板１に割れが生ずる心配があり、品質が低下する。

他方、圧電板１を分割電極３毎に切断分離して導電性弾
性板７に間隔を置いて貼付ければ、分割電極３毎に独立
した伸縮振動が形成されるが、所定の正確な位置関係で
圧電板を導電性弾性板７に貼付けることは極めて困難で
あり、良好な進行波が生じ難い。

さらに、圧電板１を分離すると共通電極５も分割され、
これらを線材で共通接続する必要が生じて製造が面倒に
なる。

本考案はこのような従来の欠点を解決するためになされ
たもので、大きな伸縮振動を生じさせることが可能で、
製造が簡単かつ信頼性の高い圧電アクチュエータの提供
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために本考案は、第１図〜
第６図に示すように、圧電板１１の片面に複数個の第１
の電極１３、１７を所定の間隔で設け、その片面との対
向面に第１の電極１３、１７と対向する第２の電極２
１、２３を設け、隣合う第１の電極１３、１７領域で交
互にその圧電板１１に逆方向の分極処理を施して圧電振
動子３１が形成されている。

この圧電振動子３１に導電性弾性体３５が貼合され、そ
れら隣合う第１の電極１３、１７間にあってその圧電板
１１にその片面側から対向面側に貫通する空隙２７を形
成して圧電アクチュエータが構成されている。

そして、その第２の電極２１、２３はその第１の電極１
３、１７より幅広に形成し、その空隙２７は圧電板１１
の外円縁から第１の電極１３、１７の幅で内周縁に向け
て切込まれている。

〔作用〕

このような手段を備えた本考案は、所定の正確な位置関
係で伸縮振動領域が形成されると同時に、圧電板１１を
貫通する空隙２７によって各々の伸縮振動領域が連続せ
ずに略独立した状態となり、各々の伸縮振動が自由振動
可能となるうえ、共通電極２１、２３が分割されない。

〔実施例〕

以下本考案の実施例を説明する。

第１図は本考案の一実施例を示す分解斜視図である。

図において、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）やチタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）等の
強誘電体材料を偏平なリング状に成形・焼成してなる圧
電板１１の片面（第１図中上面）には、所定の間隔を置
いて周方向に配列した８個の分割電極１３からなる第１
の区間電極１５と、同様な８個の分割電極１７からなる
第２の区間電極１９とが（３／４）λの間隔を置いて非
対称に形成されている。

分割電極１３、１７は圧電板１１の外周縁からその圧電
板１１より狭い幅で形成されている。なお、符号λは圧
電アクチュエータの固有振動波長である。

圧電板１１の上面に対向する下面（第１図中では隠れ
る）には、第２図に示すように、２つの細長い円弧状の
共通電極２１、２３が電極２２、２４を挟んで非対称に
形成されている。

一方の共通電極２１は第１の区間電極１５と対向し、他
方の共通電極２３は第２の区間電極１９と対向し、各々
第１および第２の区間電極１５、１９より幅広となって
いる。

これら分割電極１３、１７、共通電極２１、２３、電極
２２、２４は、例えば銀材料の如き導電性金属材料を蒸
着や印刷する等従来公知の手法によって形成されてい
る。

隣合う分割電極１３、１７間のギャップ領域２５には、
第３図および第４図に示すように、圧電板１１の外周縁
から分割電極１３、１７の幅で内周縁に向けて切り込ま
れた切込み２７が形成され、各分割電極１３、１７毎に
圧電板が連結部２９にて連結された構成となっている。

圧電板１１は、分割電極１３および分割電極１７の各々
において、第５図のように交互に逆の厚み方向に分極さ
れ、圧電振動子３１が形成されている。

この圧電振動子３１には、例えば銅合金をリング状に成
形加工しかつ上部に直径方向に沿った多数のスリット３
３を狭い間隔でくし歯状に形成した第１図の如き導電性
弾性板３５が、下面を分割電極１３、１７と接触するよ
うにしてエポキシ系接着剤にて貼合わされ、第６図のよ
うな圧電アクチュエータが構成されている。

このような圧電アクチュエータは、分割電極１３、１７
が導電性弾性板３５にて共通接触されており、第７図に
示すように、共通電極２１と導電性弾性板３５間に圧電
アクチュエータの固有振動数に等しい周波数の交流電圧
Ａ（Ｖ0ｓｉｎωｔ）を加え、共通電極２３と導電性弾
性板３５間には圧電アクチュエータの固有振動数に等し
くかつ時間的位相が９０°異なる交流電圧Ｂ（Ｖ0ｃｏ
ｓωｔ）を印加することにより、圧電板１１が分割電極
１３、１７毎に交互に周方向に伸縮振動する。なお、第
７図中では共通電極２１、２３が各々分割して図示され
ているが、実際には共通接続されている。

そのため、圧電振動子３１と貼合わせた導電性弾性板３
５には異なる２つの定在波が生じ、それら双方の定在波
が干渉して周方向に進行する進行波が発生し、導電性弾
性板３５に負荷を載置すれば、この進行波によって負荷
が移動する（第１４図参照）。

そして、隣合う分割電極１３、１７間のギャップ領域２
５には切込み２７が形成され、分割電極１３と共通電極
２１で挟まれた圧電板１１部分や分割電極１７と共通電
極２３で挟まれた圧電板１１部分では、各々の振動領域
が独立して隣合う伸縮振動の影響を受けずに自由に伸縮
振動可能となり、導電性弾性板３５には大きな屈曲振動
が生じて振幅の大きな進行波が得られる。

また、共通電極２１、２３と分割電極１３、１７間に大
きな駆動電圧を印加して大きな伸縮振動が生じても圧電
板１１が割れ難いし、従来と同じレベルの駆動電圧を印
加しても従来例において圧電板１１に生じる大きさ以上
の伸縮振動を得ることが可能であるから、従来と同程度
の進行波を得るにはより小さい駆動電圧を印加すればよ
く、駆動電圧を出力する駆動回路の規模を小さくするこ
とが可能となり、駆動回路の消費電力が小さく信頼性が
向上する。

なお、圧電板１１は連結部２９で細くなっているから、
あまり大きい電圧を印加すればやはり割れが生じる可能
性があるものの、従来例に比べてより高い電圧を加えて
も割れが生じ難い。

さらに、圧電板１１を切断分離しないから、圧電板１１
には所定の正確な位置関係で伸縮振動領域が形成され、
良好な進行波を得ることができる。また、圧電板１１が
分割電極１３、１７毎に完全に分離されずに連結部２９
にて連結されているから、その連結部を介して共通電極
２１、２３は１枚のままに保たれて別途共通接続する必
要がなく、製造が簡単である。

第８図は応用例として本考案の圧電アクチュエータを用
いた圧電モータを示す図である。回転軸３７を回転自在
に支持したステータ基台３９にクッションシート４１を
敷き、その上に圧電振動子３１と導電性弾性板３５を貼
合わせた本考案の圧電アクチュエータを取付けてステー
タを形成し、導電性弾性板３５上にリング状のスライダ
ー４３を重ねるとともにこれを回転軸３７に固定してロ
ータを形成して圧電モータが構成されている。

そして、圧電振動子３１に駆動交流電圧を印加させる
と、導電性弾性板３５の上面に進行波が生じてスライダ
ー４３が回転し、回転軸３７から回転力が得られる。な
お、符号４５はスプリングであってスライダー４３の導
電性弾性板３５への加圧力を調節するものである。

上述した第１図に示す実施例は、偏平なリング状の圧電
振動子３１とリング状の導電性弾性板３５を上下方向で
積層する構成であった。

しかし、本考案は筒型の圧電板の内外面に電極を対向す
るように形成して圧電振動子を形成し、その圧電振動子
の内側もしくは外側に環状の導電性弾性板を配置する構
成において、電極間ギャップ領域に切込みを形成して構
成できる。

さらに、本考案の圧電アクチュエータは、第９図に示す
ように、長方形の圧電板４７の片面に分割電極４９を所
定の間隔で直線状に配列形成し、各電極間ギャップ領域
５１において圧電板４７の片方の長辺側から他方の長辺
側にかけて圧電板４７の幅より短く切込み５３を形成
し、その上に導電性弾性板５５を貼付けてなる構成も可
能である。なお、圧電板４７の下面には共通電極が形成
されているが見えない。

この構成の圧電アクチュエータでは、直線状に進行する
進行波が導電性弾性板５５に生じ、直線方向に負荷を移
動させることが可能となる。

このように、分割電極１３、１７、４９の配列状態は環
状や直線状の他任意に選択可能であり、これらに重なる
ように共通電極２１、２３を形成すればよい。

さらに、本考案にあっては、第１０図〜第１２図に示す
ように種々の切込みを形成可能である。

すなわち、第１０図に示すように、圧電板５７の両縁部
を連結部５９として残してその間に長方形の空隙６１を
形成したり、第１１図のように圧電板５７の両縁部から
切込み６３を形成して中央に連結部６５を形成したり、
さらには第１２図のように貫通孔６７を複数形成してそ
の貫通孔６７間に連結部６９を形成しても、圧電板５７
における個々の伸縮振動の自由度が確保可能である。

なお、第１０図〜第１２図においては各連結部５９、６
５、６９を介して共通電極７１が１つになっている。

従って、本考案では、隣合う分割電極間のギャップ領域
において、分割電極側と共通電極側を貫通する空隙が圧
電板に形成されていれば本考案の目的達成が可能であ
り、特に分割電極の幅で形成される方が好ましい。

さらに、本考案の圧電アクチュエータでは、圧電板１
１、４７、５７や導電性弾性板３５、５５の形状は圧電
アクチュエータを駆動源として用いる機器に応じて変形
可能であり、空隙２７、５３、６１、６３、６７を形成
する位置も全ての分割電極１３、１７、４９間のギャッ
プ領域２５、５１に形成する必要はない。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案の圧電アクチュエータは、圧
電板の片面に複数個の第１の電極を所定の間隔で設け、
その片面との対向面にその第１の電極と対向するととも
にこれより幅広の第２の電極を設け、それら隣合う第１
の電極間における圧電板に貫通するとともに圧電板の外
周縁から第１の電極の幅で内周縁に向けて切込んで空隙
を形成したから、各々の伸縮振動領域が所定の正確な位
置関係で配列されたまま各々の伸縮振動が独立して自由
振動可能となり、大きな伸縮振動が生じ易く、大きな伸
縮振動が生じても圧電板に割れが生じ難いうえ、小さな
駆動電圧によっても大きな伸縮振動が生じるし、大きな
駆動電圧を加えても圧電板に割れが生じ難い。

そのため、振幅の大きな進行波を得ることが可能である
とともに、高い品質が保たれるし、信頼性も向上する。

さらに、共通電極が分割されないから共通電極どうしを
接続する必要がなく、製造が簡単でコスト高を抑えるこ
とができる。

本考案では共通電極を導電性弾性板に接触させる構成も
実施可能であるが、この効果は共通電極を導電性弾性板
に接触させない構成において、共通電極を線材で別途共
通接続不要であるから特に有用である。

なお、本考案の圧電アクチュエータの応用例としては、
上述した圧電モータの他にも種々に応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る圧電アクチュエータの一実施例を
示す分解斜視図、第２図は第１図中の圧電板を下面側か
ら示す斜視図、第３図〜第５図は第１図の圧電アクチュ
エータの部分斜視図および部分断面図、第６図は第１図
の圧電アクチュエータの完成状態を示す斜視図、第７図
は第１図に示す圧電アクチュエータの動作を説明する
図、第８図は第１図の圧電アクチュエータを用いた電子
機器を圧電モータを例にして示す斜視図（一部破断して
示す）、第９図は本考案の他の実施例を示す分解斜視
図、第１０図〜第１２図は本考案の更に他の実施例を示
す要部部分斜視図、第１３図は従来の圧電アクチュエー
タを示す部分断面図、第１４図は圧電アクチュエータの
動作を説明する図である。 １、１１、４７、５７……圧電板 ３、１３、１７、４９……第１の電極 （分割電極） ５、２１、２３・７１……第２の電極 （共通電極） ７、３５、５５……導電性弾性体 （導電性弾性板） ９、４３……スライダー １５……第１の区間電極 １９……第２の区間電極 ２５、５１……ギャップ領域 ２７、５３、６１、６３、６７……空隙（切込み） ２９、５９、６５、６９……連結部 ３１……圧電振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 秋友 英次 埼玉県上尾市西宮下４丁目235番地４ (56)参考文献 実開 昭63−70297（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電板の片面に第１の電極が間隔を置いて
   複数形成され、前記片面との対向面に前記第１の電極と
   対向する第２の電極が形成され、かつ隣合う前記第１の
   電極領域で交互に前記圧電板に逆方向の分極処理が施さ
   れた圧電振動子と、 この圧電振動子に貼合された導電性弾性体と、 を備え、隣合う前記第１の電極間にあって前記圧電板に
   前記片面側から前記対向面側に貫通する空隙を形成した
   圧電アクチュエータにおいて、 前記第２の電極は前記第１の電極より幅広に形成され、
   前記空隙は前記圧電板の外周縁から前記第１の電極の幅
   で内周縁に向けて切込まれて形成されてなることを特徴
   とする圧電アクチュエータ。