JPH069593Y2 - 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１０図
に示す構成が知られている。

すなわち，偏平な圧電板１の片面に複数の分割電極３を
形成し，圧電板１の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毎に交互に逆
の厚み方向分極を施し，金属製の導電性弾性板７を分割
電極３と接触させるようにして圧電板１に積層して接着
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５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１０図中矢符）を繰り返して圧電
板１に固着された導電性弾性板７が屈曲振動し，第１１
図に示すように，その表面上には縦波と横波の合成され
た進行波Ａが形成され，時間とともにＡ′のように進行
する。

なお，第１１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，同じ
厚みの圧電板１において連続する領域で交互に伸縮振動
を生じさせる構成であるから，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。

もし，導電性弾性板７を大きな変移で屈曲振動させるに
は，分割電極３と共通電極５間に高い駆動電圧を印加す
ればよいと考えられるが，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。

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，
信頼性が高く高品質の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３図に示すように，圧電板１１の片面に第１の電極１
３，１７が間隔を置いて複数形成され，その圧電板１１
の対向面にその第１の電極１３，１７と対向する第２の
電極２１，２３が形成され，かつ第１の電極１３，１７
領域にあって圧電板１１が交互に逆方向に分極処理され
て圧電振動子２９が形成されている。この圧電振動子２
９には第１の電極１３，１７もしくは第２の電極２１，
２３に接触させるようにして導電性弾性体３３が貼付け
られて圧電アクチュエータが構成されており，隣合う第
１の電極１３，１７間における圧電板１１には凹溝２７
がその第１の電極１３，１７の配列方向を横切る方向に
形成されている。

〔作用〕

このような手段を備えた本考案は，第１の電極１３，１
７間のギャップ領域２５に凹溝２７が形成されて各々の
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って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１１に割れが
生じ難い。

また，同じ大きさ伸縮振動を発生させるにも，従来より
も小さな駆動電圧を印加するだけで得られる。

〔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，および同様な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。なお，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と対向している。

これら分割電極１３，１７や共通電極２１，２３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し
て形成されている。

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３図に示すように，交互に逆の厚み方向に
分極されている。

隣合う分割電極１３，１７間のギャップ領域２５には，
圧電板１１の直径方向に延びる凹溝２７が上面側から圧
電板１１の厚みＴの１／２の深さＴ_１で外周縁側から内
周縁側を結んで形成され，圧電振動子２９が形成されて
いる。

この圧電振動子２９には，例えば銅合金をリング状に成
形加工してなりかつ上部に直径方向に沿った多数のスリ
ット３１を狭い間隔でくし歯状に形成した導電性弾性板
３３が，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付けられ，第４図に示すような圧電
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３３にて共通接触されており，第５図に
示すように，共通電極２１と導電性弾性板３３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（Ｖ_０ｓｉｎωｔ）を加え，共通電極２３と導電性弾
性板３３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（Ｖ_０ｃｏ
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。

そのため，圧電振動子２９に貼付けた導電性弾性板３３
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生じる（第１１図参
照）。従って，導電性弾性板３３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。

しかも，圧電アクチュエータの隣合う分割電極１３，１
７間のギャップ領域２５には凹溝２７が圧電板１１の厚
みＴの１／２の厚みＴ_１で形成されているから，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
難くなって十分に伸縮振動が可能となり，導電性弾性板
３３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な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，本考案の圧電アクチュエータにおいてもあまり高
い駆動電圧を印加すると，圧電板１１が割れる可能性が
あるが，従来例に比べてより高い駆動電圧を加えても割
れ難い。

第６図は本考案の応用例として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３５を回転自在に支持したステータ基台３７にク
ッションシート３９を敷き，その上に圧電振動子２９と
導電性弾性板３３を貼付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３３
上にリング状のスライダー４１を重ねるとともにこれを
回転軸３５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２９に駆動交流電圧を印加させる
と，導電性弾性板３３の上面に進行波が生じてスライダ
ー４１が回転し，回転軸３５から回転力が得られる。な
お，符号４３はスプリングであってスライダー４１の導
電性弾性板３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２９とリング状の導電性弾性板３３を上下方向に
積層する構成であったが，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若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で凹
溝を形成するものも可能である。

さらに，本考案の圧電アクチュエータは，第７図に示す
ように，長方形の圧電板４５の片面に分割電極４７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
において各分割電極４７の配列方向と直交するようにし
て凹溝４９を圧電板４５の幅で形成し，その上に導電性
弾性板５１を貼付けてなる構成も可能である。なお，圧
電板４５の下面には共通電極が形成されているが見えな
い。

このような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５１に生じるから，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，凹溝２７，４９は分割電極１３，１７，４
７の配列状態に応じて選定すればよく，分割電極１３，
１７，４７の配列方向を横切る方向に分割電極１３，１
７，４７の幅で形成すれば本考案の目的達成が可能であ
る。

さらに，本考案にあっては，第８図に示すように，圧電
板５３の上面および下面の両面側から凹溝５５，５７を
形成する構成も実施可能である。圧電板５３の両面側か
ら凹溝５５，５７を形成する構成では，第９図の如く凹
溝５５，５７の形成位置をずらせたり，ずらせた凹溝５
５，５７をオーバーラップさせる深さで形成可能であ
る。第８図および第９図中符号５９は分割電極，符号６
１は共通電極であり，図中では分割されているが各々接
続されている。

もっとも，第１図に示すように圧電板１１の片面側から
共通電極２１，２３側に向けて凹溝２７を形成する構成
では，凹溝２７を深く形成しても共通電極２１，２３の
存在によって圧電板１１が割れ難い。

また，本考案においては，凹溝２２，４９，５５，５７
の深さがあまり浅いと伸縮振動の自由が抑えられて従来
例に近くなって効果が低下するし，逆にあまり深く形成
すると，圧電アクチュエータを扱う際の機械的強度が弱
くなるから，圧電板１１の厚みに対して１／３〜２／３
の深さで形成することが好ましい。

さらに，本考案の圧電アクチュエータでは，圧電振動子
２９や導電性弾性板３３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，凹溝
２７，４９，５５，５７を形成する位置も全ての分割電
極１３，１７，４７，５９間のギャップ領域に形成する
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，隣
合う電極間における圧電板に凹溝をその電極の配列方向
を横切る方向に形成したから，圧電板における伸縮振動
が各々独立した自由振動可能となり，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
加えても圧電板が割れを生じない。

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，品質が高く信頼性も向上する。

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図中の圧電振動子を下面
側から示す斜視図，第３図および第４図は第１図の圧電
アクチュエータの部分断面図および斜視図，第５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
６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７図〜第９図は本考案の他の実施例を示す分解
斜視図および要部断面図，第１０図は従来の圧電アクチ
ュエータを示す部分断面図，第１１図は圧電アクチュエ
ータの動作を説明する図である。 １，１１，４５，５３……圧電板 ３，１３，１７，４７，５９……第１の電極（分割電
極） ５，２１，２３，６１……第２の電極（共通電極） ７，３３，５１……導電性弾性板（導電性弾性板） ９，４１……スライダー １５……第１の区間電極 １９……第２の区間電極 ２５……ギャップ領域 ２７，４９，５５，５７……凹溝 ２９……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58−172810（ＪＰ，Ｕ) 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，前記圧電板の対向面に前記第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
   電極領域の前記圧電板が交互に逆方向に分極処理された
   圧電振動子と， この圧電振動子に貼付けられた導電性弾性体と， を具備する圧電アクチュエータにおいて， 前記隣合う第１の電極間における圧電板に凹溝が前記第
   １の電極の配列方向を横切る方向に形成されてなること
   を特徴とする圧電アクチュエータ。