JPH07183587A - ねじり圧電素子およびその分極処理方法、並びにねじり振動装置 - Google Patents
ねじり圧電素子およびその分極処理方法、並びにねじり振動装置Info
- Publication number
- JPH07183587A JPH07183587A JP32543593A JP32543593A JPH07183587A JP H07183587 A JPH07183587 A JP H07183587A JP 32543593 A JP32543593 A JP 32543593A JP 32543593 A JP32543593 A JP 32543593A JP H07183587 A JPH07183587 A JP H07183587A
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- piezoelectric element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 歩留が良く、分極処理時間を短縮できるねじ
り圧電素子およびその分極処理方法を提供することにあ
る。 【構成】 本発明のねじり圧電素子は、周方向に分極処
理がなされた複数の電極を有し、隣接する電極間の分極
強度が異なることを特徴とし、このねじり圧電素子の分
極処理は、例えば、軸対称形状の圧電素子の上下面ある
いは側面、又はその両者に、複数の分極処理用の電極２
ｃ、２ｄ、２ｅを周方向距離が互い違いに異るように設
け、その隣接する電極に互い違いに電圧を加え、全体が
周方向に十分に分極されるまで分極を行った後、加える
電圧を反転させ、電極間隔の狭い間（２ｃ−２ｄ）のみ
が十分に分極されるまでの時間分極し、その後上下面全
面に駆動電圧印加用の電極を設けたことを特徴とするも
のである。
り圧電素子およびその分極処理方法を提供することにあ
る。 【構成】 本発明のねじり圧電素子は、周方向に分極処
理がなされた複数の電極を有し、隣接する電極間の分極
強度が異なることを特徴とし、このねじり圧電素子の分
極処理は、例えば、軸対称形状の圧電素子の上下面ある
いは側面、又はその両者に、複数の分極処理用の電極２
ｃ、２ｄ、２ｅを周方向距離が互い違いに異るように設
け、その隣接する電極に互い違いに電圧を加え、全体が
周方向に十分に分極されるまで分極を行った後、加える
電圧を反転させ、電極間隔の狭い間（２ｃ−２ｄ）のみ
が十分に分極されるまでの時間分極し、その後上下面全
面に駆動電圧印加用の電極を設けたことを特徴とするも
のである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ねじり圧電素子および
その分極処理方法、および超音波モータ、振動ジャイ
ロ、工作機械などに用いるねじり振動装置に関する。
その分極処理方法、および超音波モータ、振動ジャイ
ロ、工作機械などに用いるねじり振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ねじり振動を利用する用途は幅広く、超
音波モータ、振動ジャイロ、工作機械等がある。このよ
うな目的のために、周方向に分極をほどこし、厚み方向
に駆動電圧を印加して周方向にすべり振動を発生させる
電歪素子を用い、この電歪素子をその両側より金属材に
て一体的に挟持して共振振動させるものが提案されてい
る。この従来の電歪素子の一例を図６に基いて説明す
る。即ち、円環状電歪素子１の一方の面から側面をえて
他表面にわたる多数の電極２を周方向に対して均等に設
け、隣合う電極間に直流高電圧を印加して矢印のごとく
に周方向に順次全ての電極について分極を行い、全周の
分極後、全ての電極を除去し、しかるのちに、両面を再
ラップして分極による面の荒れを修正し、再度両面に電
極を設けて電歪素子を形成しているものである。そし
て、ねじり振動発生体としては、特公昭５０−９１５９
号公報にみられるように、複数枚の電歪素子を電気的に
並列に重ね合せ、その両面に金属材を接合させて中心ボ
ルト等により一体的に締着しているものである。
音波モータ、振動ジャイロ、工作機械等がある。このよ
うな目的のために、周方向に分極をほどこし、厚み方向
に駆動電圧を印加して周方向にすべり振動を発生させる
電歪素子を用い、この電歪素子をその両側より金属材に
て一体的に挟持して共振振動させるものが提案されてい
る。この従来の電歪素子の一例を図６に基いて説明す
る。即ち、円環状電歪素子１の一方の面から側面をえて
他表面にわたる多数の電極２を周方向に対して均等に設
け、隣合う電極間に直流高電圧を印加して矢印のごとく
に周方向に順次全ての電極について分極を行い、全周の
分極後、全ての電極を除去し、しかるのちに、両面を再
ラップして分極による面の荒れを修正し、再度両面に電
極を設けて電歪素子を形成しているものである。そし
て、ねじり振動発生体としては、特公昭５０−９１５９
号公報にみられるように、複数枚の電歪素子を電気的に
並列に重ね合せ、その両面に金属材を接合させて中心ボ
ルト等により一体的に締着しているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
述の電歪素子においては、周方向に残留分極を与えるた
めには隣合う電極間の分極処理を分極の数の回数だけ行
わなければならない。しかも、周方向に揃えて分極しよ
うとすれば、分割数が多くなり、その作業は非常に大変
になる。
述の電歪素子においては、周方向に残留分極を与えるた
めには隣合う電極間の分極処理を分極の数の回数だけ行
わなければならない。しかも、周方向に揃えて分極しよ
うとすれば、分割数が多くなり、その作業は非常に大変
になる。
【０００４】また、分極形成時においては、部分的に行
われるために分極歪みによる材料の割れが発生して歩止
まりを低下させる。さらに、分割数が少ない場合ほど周
方向の回り込みにより必要な分極を打ち消す形で他の部
分に逆方向に電界を生じ、分極効果を低下させる。例え
ば、図６のように周方向に分極処理が８分割されている
場合、電極２ａ，２ｂ間に高圧電流の電圧を印加して分
極を行うと、電極２ａ−２ｂ間が矢印の方向に分極され
たとき、近似的には他の７か所は１／７の強度で逆方向
に分極されてしまう。従って、電圧を印加する箇所を順
次変えて、同じ操作を繰り返すと、結果として、電極
間、例えば電極２ａ−２ｂ間の分極の強度は １−（１／７）×７＝０ のように、０となってしまう。
われるために分極歪みによる材料の割れが発生して歩止
まりを低下させる。さらに、分割数が少ない場合ほど周
方向の回り込みにより必要な分極を打ち消す形で他の部
分に逆方向に電界を生じ、分極効果を低下させる。例え
ば、図６のように周方向に分極処理が８分割されている
場合、電極２ａ，２ｂ間に高圧電流の電圧を印加して分
極を行うと、電極２ａ−２ｂ間が矢印の方向に分極され
たとき、近似的には他の７か所は１／７の強度で逆方向
に分極されてしまう。従って、電圧を印加する箇所を順
次変えて、同じ操作を繰り返すと、結果として、電極
間、例えば電極２ａ−２ｂ間の分極の強度は １−（１／７）×７＝０ のように、０となってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の目的
を実現するねじり圧電素子の構成は、上下面全面に電極
を有し、周方向に分極処理がなされたことを特徴とし、
かかるねじり圧電素子の分極処理は、軸対称形状の圧電
素子の上下面あるいは側面、又はその両者に、複数の分
極処理用の電極を周方向距離が互い違いに異るように設
け、その隣接する電極に互い違いに電圧を加え、全体が
周方向に十分に分極されるまで分極を行った後、加える
電圧を反転させ、電極間隔の狭い間のみが十分に分極さ
れるまでの時間分極し、その後上下面全面に駆動電圧印
加用の電極を設けたことを特徴とする。
を実現するねじり圧電素子の構成は、上下面全面に電極
を有し、周方向に分極処理がなされたことを特徴とし、
かかるねじり圧電素子の分極処理は、軸対称形状の圧電
素子の上下面あるいは側面、又はその両者に、複数の分
極処理用の電極を周方向距離が互い違いに異るように設
け、その隣接する電極に互い違いに電圧を加え、全体が
周方向に十分に分極されるまで分極を行った後、加える
電圧を反転させ、電極間隔の狭い間のみが十分に分極さ
れるまでの時間分極し、その後上下面全面に駆動電圧印
加用の電極を設けたことを特徴とする。
【０００６】そして、このような分極処理方法により得
られたねじり圧電素子は、その軸回りのねじり振動を検
出し、あるいは該圧電素子によりねじり振動を発生させ
るねじり振動装置に用いることができる。
られたねじり圧電素子は、その軸回りのねじり振動を検
出し、あるいは該圧電素子によりねじり振動を発生させ
るねじり振動装置に用いることができる。
【０００７】
【実施例】図１は第１の実施例を示す。
【０００８】ドーナツ状の電歪素子（以下ＰＺＴと略
記）の表面から側面を経て裏面まで、８か所に電極２が
設けられている。なお、裏面の電極パターンは表面と同
じである。電極２は、隣合う電極間距離、即ち電極２ｃ
−電極２ｄ間の距離と、電極２ｄ−電極２ｅ間の距離が
異なるように配置されている。このようなＰＺＴに、図
（ａ）のように、直流電圧Ｖ1 を加え、各電極間に矢印
で示した方向の分極を行う。
記）の表面から側面を経て裏面まで、８か所に電極２が
設けられている。なお、裏面の電極パターンは表面と同
じである。電極２は、隣合う電極間距離、即ち電極２ｃ
−電極２ｄ間の距離と、電極２ｄ−電極２ｅ間の距離が
異なるように配置されている。このようなＰＺＴに、図
（ａ）のように、直流電圧Ｖ1 を加え、各電極間に矢印
で示した方向の分極を行う。
【０００９】いま、分極の強度は、図１（ｃ）のよう
に、時間の経過とともに強まり、ある一定値ａ2 に飽和
する。電圧や分極温度が一定なら、電極間距離が短いと
き、即ち電極２ｃ−電極２ｄ間のような場合には図１
（ｃ）の実線のように早く飽和に達し、電極間距離が長
い（２ｄ−２ｅ間）ならば、図１（ｃ）破線のように、
飽和に達するまでに時間がかかる。そこで、図１の
（ａ）の分極を、距離の短い電極間と長い電極間のどち
らの電極間も飽和に達するまでの時間、即ちｔ2 以上、
行う。その後に、図１の（ｂ）のように、分極方向を変
え、今度はｔ1 までの時間Ｖ2 ＝Ｖ1 なる電圧を加え、
分極する。すると、電極２ｃ−電極２ｄ間は飽和し、分
極の強度は反時計まわりにａ2 となるが、電極２ｄ−電
極２ｅの分極強度は、１度目の反時計まわりの分極強度
ａ2 から、２度めの時計まわりの分極強度ａ1 を差し引
いた値、即ち反時計まわりにａ2 −ａ1 となる。結果と
して、このＰＺＴには、全周に渡って反時計まわりの分
極が行われたことになる。
に、時間の経過とともに強まり、ある一定値ａ2 に飽和
する。電圧や分極温度が一定なら、電極間距離が短いと
き、即ち電極２ｃ−電極２ｄ間のような場合には図１
（ｃ）の実線のように早く飽和に達し、電極間距離が長
い（２ｄ−２ｅ間）ならば、図１（ｃ）破線のように、
飽和に達するまでに時間がかかる。そこで、図１の
（ａ）の分極を、距離の短い電極間と長い電極間のどち
らの電極間も飽和に達するまでの時間、即ちｔ2 以上、
行う。その後に、図１の（ｂ）のように、分極方向を変
え、今度はｔ1 までの時間Ｖ2 ＝Ｖ1 なる電圧を加え、
分極する。すると、電極２ｃ−電極２ｄ間は飽和し、分
極の強度は反時計まわりにａ2 となるが、電極２ｄ−電
極２ｅの分極強度は、１度目の反時計まわりの分極強度
ａ2 から、２度めの時計まわりの分極強度ａ1 を差し引
いた値、即ち反時計まわりにａ2 −ａ1 となる。結果と
して、このＰＺＴには、全周に渡って反時計まわりの分
極が行われたことになる。
【００１０】なお、いまは分極電圧及び分極温度を一定
として、分極時間をｔ2 及びｔ1 として２度の分極を行
う例を示したが、分極電圧や分極温度を高くすると、飽
和に達するまでの時間ｔ1 ，ｔ2 は短くなるので、１度
めと２度めの電圧又は温度を変えてもよい。いずれにし
ても、１度めの分極では全体の分極強度が飽和するま
で、２度めの分極では電極間隔の狭い部分のみが略飽和
するまで、分極を行う。分極が終了したら図１に示した
電極をとり除き、上下面全面に電極を設ける。すると、
上下の電極間に電位差を加えると圧電素子は周方向にね
じれ、逆に周方向にねじれると、上下の電極間に電位差
が生じる。
として、分極時間をｔ2 及びｔ1 として２度の分極を行
う例を示したが、分極電圧や分極温度を高くすると、飽
和に達するまでの時間ｔ1 ，ｔ2 は短くなるので、１度
めと２度めの電圧又は温度を変えてもよい。いずれにし
ても、１度めの分極では全体の分極強度が飽和するま
で、２度めの分極では電極間隔の狭い部分のみが略飽和
するまで、分極を行う。分極が終了したら図１に示した
電極をとり除き、上下面全面に電極を設ける。すると、
上下の電極間に電位差を加えると圧電素子は周方向にね
じれ、逆に周方向にねじれると、上下の電極間に電位差
が生じる。
【００１１】図２には、図１の圧電素子を用いた２軸検
出振動ジャイロの例を示す。ＰＺＴ３のうちの１枚又は
数枚が図１のＰＺＴとなっており、ねじり振動の加振、
検出に用いられている。
出振動ジャイロの例を示す。ＰＺＴ３のうちの１枚又は
数枚が図１のＰＺＴとなっており、ねじり振動の加振、
検出に用いられている。
【００１２】本実施例による圧電素子１および曲げ振動
を検出するための圧電素子１が振動体３および４に挟持
されている。圧電素子１に電圧Ｖｃを印加すると、振動
体５および６にはＺ軸回りのねじり振動が発生する。い
ま、ｘ軸又はｙ軸まわりに角速度が加わると、振動体３
および４には上下方向のコリオリ力によってｘｚ面内又
はｚｙ面内の曲げ振動が発生する。すると、圧電素子に
は角速度に比例した量の歪みに起因する電圧ＶＡ又はＶ
Ｂが発生する。このような作用により、ｘ軸およびｙ軸
回りの角速度を検出することができる。
を検出するための圧電素子１が振動体３および４に挟持
されている。圧電素子１に電圧Ｖｃを印加すると、振動
体５および６にはＺ軸回りのねじり振動が発生する。い
ま、ｘ軸又はｙ軸まわりに角速度が加わると、振動体３
および４には上下方向のコリオリ力によってｘｚ面内又
はｚｙ面内の曲げ振動が発生する。すると、圧電素子に
は角速度に比例した量の歪みに起因する電圧ＶＡ又はＶ
Ｂが発生する。このような作用により、ｘ軸およびｙ軸
回りの角速度を検出することができる。
【００１３】図３は第２の実施例である。
【００１４】第１の実施例では電極を多数個設けていた
が、本実施例は電極を２か所２１ａ，２１ｂとしたもの
で、この場合、分極時の配線は単純化できるが、電極間
距離は増大し、高電圧、高温、又は長時間の分極が必要
である。この例の場合、１度めの分極は図３のように電
圧を加えて全体の分極強度が飽和するまで分極する。そ
の後Ｖ1 とグランドを逆にして、電極間隔の狭い手前の
部分の分極強度が飽和するまで分極する。その結果、全
体が時計回りに分極される。
が、本実施例は電極を２か所２１ａ，２１ｂとしたもの
で、この場合、分極時の配線は単純化できるが、電極間
距離は増大し、高電圧、高温、又は長時間の分極が必要
である。この例の場合、１度めの分極は図３のように電
圧を加えて全体の分極強度が飽和するまで分極する。そ
の後Ｖ1 とグランドを逆にして、電極間隔の狭い手前の
部分の分極強度が飽和するまで分極する。その結果、全
体が時計回りに分極される。
【００１５】図４は第３の実施例を示す。
【００１６】第１の実施例では上面から側面を経て裏面
まで電極が設けられていたが、この例では上下面のみに
設けている。
まで電極が設けられていたが、この例では上下面のみに
設けている。
【００１７】すなわち、側面に電極を設ける工程は複雑
であって、この例では電極を設ける工程を単純化でき
る。
であって、この例では電極を設ける工程を単純化でき
る。
【００１８】図５は第４の実施例を示し、本実施例では
側面のみに電極を設けている。
側面のみに電極を設けている。
【００１９】すなわち、このように側面の面積が大きい
ときには、第２の実施例とは逆に、側面に電極を設ける
方が容易であり、製造工程の単純化につながる場合もあ
り得る。
ときには、第２の実施例とは逆に、側面に電極を設ける
方が容易であり、製造工程の単純化につながる場合もあ
り得る。
【００２０】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
簡単に、周方向同一方向に全面に分極された圧電素子が
得られる。したがって、製造工程の簡素化、コストダウ
ンにつながる。
簡単に、周方向同一方向に全面に分極された圧電素子が
得られる。したがって、製造工程の簡素化、コストダウ
ンにつながる。
【図１】第１の実施例を示し、（ａ），（ｂ）は分極処
理の電圧印加方向を示す斜視図、（ｃ）は残留分極の強
度を示す図。
理の電圧印加方向を示す斜視図、（ｃ）は残留分極の強
度を示す図。
【図２】振動ジャイロの斜視図。
【図３】第２の実施例を示す斜視図。
【図４】第３の実施例を示す斜視図。
【図５】第４の実施例を示す斜視図。
【図６】従来のねじり圧電素子の斜視図。
１…圧電素子 ２…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/22
Claims (3)
- 【請求項１】 上下面全面に電極を有し、周方向に分極
処理がなされたことを特徴とするねじり圧電素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載のねじり圧電素子の分極
処理方法であって、軸対称形状の圧電素子の上下面ある
いは側面、又はその両者に、複数の分極処理用の電極を
周方向距離が互い違いに異るように設け、その隣接する
電極に互い違いに電圧を加え、全体が周方向に十分に分
極されるまで分極を行った後、加える電圧を反転させ、
電極間隔の狭い間のみが十分に分極されるまでの時間分
極し、その後上下面全面に駆動電圧印加用の電圧を設け
たことを特徴とする圧電素子の分極処理方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載した圧電素子によりその
軸回りのねじり振動を検出し、あるいは該圧電素子によ
りねじり振動を発生させることを特徴とするねじり振動
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32543593A JPH07183587A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | ねじり圧電素子およびその分極処理方法、並びにねじり振動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32543593A JPH07183587A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | ねじり圧電素子およびその分極処理方法、並びにねじり振動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183587A true JPH07183587A (ja) | 1995-07-21 |
Family
ID=18176832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32543593A Pending JPH07183587A (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | ねじり圧電素子およびその分極処理方法、並びにねじり振動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07183587A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016162998A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | Fdk株式会社 | 円環状圧電素子の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP32543593A patent/JPH07183587A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016162998A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | Fdk株式会社 | 円環状圧電素子の製造方法 |
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