JPH07321384A - 歪素子又は歪素子を用いた振動装置 - Google Patents
歪素子又は歪素子を用いた振動装置Info
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- JPH07321384A JPH07321384A JP11280294A JP11280294A JPH07321384A JP H07321384 A JPH07321384 A JP H07321384A JP 11280294 A JP11280294 A JP 11280294A JP 11280294 A JP11280294 A JP 11280294A JP H07321384 A JPH07321384 A JP H07321384A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 分極を行った後の電極の除去の工程を無くす
ことを可能とし且つ分極工程時での材料の割れを防ぐと
共に、分極処理の効率を高くすることを目的とする。 【構成】 電気−機械又は機械−電気変換素子の複数の
分極用電極の間に歪発生又は歪検出用電極を設定した。
ことを可能とし且つ分極工程時での材料の割れを防ぐと
共に、分極処理の効率を高くすることを目的とする。 【構成】 電気−機械又は機械−電気変換素子の複数の
分極用電極の間に歪発生又は歪検出用電極を設定した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ、振動ジ
ャイロ、工作機械などに用いる歪素子又は振動装置に関
する。
ャイロ、工作機械などに用いる歪素子又は振動装置に関
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。その従来の電歪素子の一例を図９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へて
他表面にわたる多数の電極２を周方向にたいして均等に
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。その従来の電歪素子の一例を図９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へて
他表面にわたる多数の電極２を周方向にたいして均等に
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９のように周方向に８分割されている場合、電極
２ａ，２ｂ間に高圧電流電圧を印加して分極を行うと、
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
をくり返すと、結果として電極間、例えば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９のように周方向に８分割されている場合、電極
２ａ，２ｂ間に高圧電流電圧を印加して分極を行うと、
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
をくり返すと、結果として電極間、例えば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】また、分極を行った後に電極を除去し、そ
の後に再度電極を設ける必要があるため、工程が複雑と
なる問題があった。
の後に再度電極を設ける必要があるため、工程が複雑と
なる問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は変換素子に複数
の分極用電極を設定し、この複数の分極用電極の間に歪
発生又は歪検出用電極を設定した歪素子及び分極化方法
を基本とするものであり、分極を行った後の電極の除去
の工程を無くすことを可能とし且つ分極時での材料の割
れを防ぐと共に、分極処理の効率を高くすることができ
る。
の分極用電極を設定し、この複数の分極用電極の間に歪
発生又は歪検出用電極を設定した歪素子及び分極化方法
を基本とするものであり、分極を行った後の電極の除去
の工程を無くすことを可能とし且つ分極時での材料の割
れを防ぐと共に、分極処理の効率を高くすることができ
る。
【０００７】
【実施例】図１に第１の実施例を示す。
【０００８】図１（ａ）は電気−機械変換素子又は機械
−電気変換素子としての圧電素子（以下省略のためＰＺ
Ｔとよぶ）板の一部分の斜視図、図１（ｂ）は電気−機
械変換素子又は機械−電気変換素子としての圧電素子
（以下省略のためＰＺＴとよぶ）板の一部分の断面図を
用いた分極の模式図、図１（ｃ）は電気−機械変換素子
又は機械−電気変換素子としての圧電素子（以下省略の
ためＰＺＴとよぶ）板の一部分の断面図を用いた使用状
態の模式図、図１（ｄ）は電気−機械変換素子又は機械
−電気変換素子としての圧電素子（以下省略のためＰＺ
Ｔとよぶ）板の一部分の断面図を用いた変位の模式図で
ある。
−電気変換素子としての圧電素子（以下省略のためＰＺ
Ｔとよぶ）板の一部分の斜視図、図１（ｂ）は電気−機
械変換素子又は機械−電気変換素子としての圧電素子
（以下省略のためＰＺＴとよぶ）板の一部分の断面図を
用いた分極の模式図、図１（ｃ）は電気−機械変換素子
又は機械−電気変換素子としての圧電素子（以下省略の
ためＰＺＴとよぶ）板の一部分の断面図を用いた使用状
態の模式図、図１（ｄ）は電気−機械変換素子又は機械
−電気変換素子としての圧電素子（以下省略のためＰＺ
Ｔとよぶ）板の一部分の断面図を用いた変位の模式図で
ある。
【０００９】図１（ａ）のように、ＰＺＴ板１の上下面
（表裏面）に帯状に複数の電極２を設ける。このうち電
極２ａと２ａ′の間に電圧を印加すると、図１（ｂ）の
矢印のような電界が生じる。電極２ｂの幅が広いと、電
極２ａ−２ｂ間の電界が大きくなり、ＰＺＴ板１の厚み
方向での中央部付近の電界は小さくなってしまうが、こ
の例のように電極２ｂの幅をせまくすることにより、板
中央部にも、十分な大きさの電界が加わることとなる。
（表裏面）に帯状に複数の電極２を設ける。このうち電
極２ａと２ａ′の間に電圧を印加すると、図１（ｂ）の
矢印のような電界が生じる。電極２ｂの幅が広いと、電
極２ａ−２ｂ間の電界が大きくなり、ＰＺＴ板１の厚み
方向での中央部付近の電界は小さくなってしまうが、こ
の例のように電極２ｂの幅をせまくすることにより、板
中央部にも、十分な大きさの電界が加わることとなる。
【００１０】十分な大きさの電界をある時間、ある温度
で加えると、ＰＺＴ板１は分極強度が飽和するまで分極
される。
で加えると、ＰＺＴ板１は分極強度が飽和するまで分極
される。
【００１１】このＰＺＴ板１を振動子に挟持するなどし
て、振動子又は歪検出素子として用いる。この際、表面
と裏面の電極２ｂ間にのみ電圧を印加すると、図１
（ｃ）のような電界が生じる。このとき、電界の方向と
分極方向は略直交している部分が多いため、ＰＺＴ板１
は、図１（ｄ）のようにせん断変形する。逆に、このＰ
ＺＴ板に図１（ｄ）のようなせん断変形を加えれば、電
極２ｂ間には電位差が生じる。
て、振動子又は歪検出素子として用いる。この際、表面
と裏面の電極２ｂ間にのみ電圧を印加すると、図１
（ｃ）のような電界が生じる。このとき、電界の方向と
分極方向は略直交している部分が多いため、ＰＺＴ板１
は、図１（ｄ）のようにせん断変形する。逆に、このＰ
ＺＴ板に図１（ｄ）のようなせん断変形を加えれば、電
極２ｂ間には電位差が生じる。
【００１２】なお、この図では模式的に電極２ａ、２
ｂ、２ａ′を平行に描いてある。この図のように平行で
あれば、板はいわゆる“すべり”変形を発生又は検出す
る。電極が放射状であれば、板は放射線の中心軸まわり
に“ねじり”変形を発生又は検出する。
ｂ、２ａ′を平行に描いてある。この図のように平行で
あれば、板はいわゆる“すべり”変形を発生又は検出す
る。電極が放射状であれば、板は放射線の中心軸まわり
に“ねじり”変形を発生又は検出する。
【００１３】図２は第２の実施例である。
【００１４】この例では、２対の分極用電極２ａ、２
ａ′の間に、歪の発生／検出用電極２ｂを複数個設けて
いる。
ａ′の間に、歪の発生／検出用電極２ｂを複数個設けて
いる。
【００１５】まず、図２（ａ）に示したように電極２ａ
−２ａ′間に、ＰＺＴ板１内の分極強度が十分飽和する
だけの電圧を一定時間加えて分極を行う。
−２ａ′間に、ＰＺＴ板１内の分極強度が十分飽和する
だけの電圧を一定時間加えて分極を行う。
【００１６】その後に、図２（ｂ）のように上下面の電
極２ｂ間に電圧を印加すると、電界の方向と分極方向が
略直交する部分が多いため、ＰＺＴ板１は剪断変形す
る。
極２ｂ間に電圧を印加すると、電界の方向と分極方向が
略直交する部分が多いため、ＰＺＴ板１は剪断変形す
る。
【００１７】逆に剪断変形を加えれば、電極２ｂ間に電
圧が生じて歪の検出が行える。この例では、分極用電極
の数に比べ、歪の発生／検出用電極の数が多いので、Ｐ
ＺＴを有効に使えるメリットがある。
圧が生じて歪の検出が行える。この例では、分極用電極
の数に比べ、歪の発生／検出用電極の数が多いので、Ｐ
ＺＴを有効に使えるメリットがある。
【００１８】図３は第３の実施例。図３（ａ）のように
リング状のＰＺＴ板３の上下面に放射状に電極２を設
け、図３（ｂ）のように１個おきの電極２ａ〜２ａ′間
に電圧を加えると、矢印のように分極される。このＰＺ
Ｔ板３の、分極に用いなかった電極２ｂに、順に正負の
電圧を印加すると、ＰＺＴ板３は中心軸まわりにねじれ
る。
リング状のＰＺＴ板３の上下面に放射状に電極２を設
け、図３（ｂ）のように１個おきの電極２ａ〜２ａ′間
に電圧を加えると、矢印のように分極される。このＰＺ
Ｔ板３の、分極に用いなかった電極２ｂに、順に正負の
電圧を印加すると、ＰＺＴ板３は中心軸まわりにねじれ
る。
【００１９】図４は第４の実施例。図３と同様なＰＺＴ
板３に対し、第２の実施例と同様に多数の歪発生／検出
用電極２ｂを設けている。
板３に対し、第２の実施例と同様に多数の歪発生／検出
用電極２ｂを設けている。
【００２０】図５は第５の実施例。ねじり変形と、面外
方向の変形を組合せた複合素子の例である。図５（ａ）
のようなパターンの電極２を上下面に設けたＰＺＴ板４
の上下面に、図５（ｂ）のように電極２ｃ−２ｃ′間に
電圧を印加して分極することにより、これまでの実施例
と同様、複数の電極２ｂをねじりの発生／検出用に用い
る。さらに、電極２ｃに、図５（ｃ）のように表裏で極
性が逆の電圧を印加することにより、面外方向に分極
し、電極２ｃを面外方向変形の発生／検出に用いる。例
えば、図８のような振動ジャイロのねじり振動と曲げ振
動の発生／検出用に用いることができる。図８におい
て、１０は図５で示したＰＺＴ板４を重設した状態を示
している。又、１１、１２は振動体であり、ＰＺＴ板４
と接合している。１４は支持棒、１５は支持台を示して
おり、ＰＺＴ板４を振動発生の為に駆動する場合と、角
速度検出の為に用いる。１６はＰＺＴ板４の電極に対し
て電圧を印加するもしくは検出する電気回路装置を示
す。
方向の変形を組合せた複合素子の例である。図５（ａ）
のようなパターンの電極２を上下面に設けたＰＺＴ板４
の上下面に、図５（ｂ）のように電極２ｃ−２ｃ′間に
電圧を印加して分極することにより、これまでの実施例
と同様、複数の電極２ｂをねじりの発生／検出用に用い
る。さらに、電極２ｃに、図５（ｃ）のように表裏で極
性が逆の電圧を印加することにより、面外方向に分極
し、電極２ｃを面外方向変形の発生／検出に用いる。例
えば、図８のような振動ジャイロのねじり振動と曲げ振
動の発生／検出用に用いることができる。図８におい
て、１０は図５で示したＰＺＴ板４を重設した状態を示
している。又、１１、１２は振動体であり、ＰＺＴ板４
と接合している。１４は支持棒、１５は支持台を示して
おり、ＰＺＴ板４を振動発生の為に駆動する場合と、角
速度検出の為に用いる。１６はＰＺＴ板４の電極に対し
て電圧を印加するもしくは検出する電気回路装置を示
す。
【００２１】このような構成とすると、周方向分極用に
用いた電極２ｃを、面外方向の歪発生／検出用にも用い
ることができるため、ＰＺＴをむだなく有効に利用する
ことができる。
用いた電極２ｃを、面外方向の歪発生／検出用にも用い
ることができるため、ＰＺＴをむだなく有効に利用する
ことができる。
【００２２】図６は第６の実施例。
【００２３】これまでの例では分極用電極２ａ、２ａ′
をＰＺＴ板１の表裏面（上下面）に設けていたが、この
例では側面に設けて“すべり”変形を得ている。
をＰＺＴ板１の表裏面（上下面）に設けていたが、この
例では側面に設けて“すべり”変形を得ている。
【００２４】図７は第７の実施例。
【００２５】図６と同様、分極用電極を扇状のＰＺＴ板
１の側面に設け“ねじり”変形を得るものである。
１の側面に設け“ねじり”変形を得るものである。
【００２６】
【発明の効果】変換素子の複数の分極用電極の間に歪発
生又は歪検出用電極を設定したので、分極を行った後の
電極の除去の工程を無くすことを可能とし且つ分極工程
時での材料の割れを防ぐと共に、分極処理の効率を高く
することができる。
生又は歪検出用電極を設定したので、分極を行った後の
電極の除去の工程を無くすことを可能とし且つ分極工程
時での材料の割れを防ぐと共に、分極処理の効率を高く
することができる。
【００２７】又、分極用電極に比べて歪発生又は歪検出
用電極の幅をせまくしたことにより、より分極処理の効
率を高くすることができる。
用電極の幅をせまくしたことにより、より分極処理の効
率を高くすることができる。
【図１】第１実施例としての歪素子の説明図。
【図２】第２実施例としての歪素子の説明図。
【図３】第３実施例としての歪素子の説明図。
【図４】第４実施例としての歪素子の説明図。
【図５】第５実施例としての歪素子の説明図。
【図６】第６実施例としての歪素子の説明図。
【図７】第７実施例としての歪素子の説明図。
【図８】図５の実施例の歪素子を組込んだ振動ジャイロ
の説明図。
の説明図。
【図９】従来の歪素子の説明図。
１ 圧電素子板 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 Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｃ
Claims (9)
- 【請求項１】 電気−機械又は機械−電気変換素子に複
数の分極用電極を設定し、前記複数の分極用電極の間に
歪発生又は歪検出用電極を設定したことを特徴とする歪
素子。 - 【請求項２】 電気−機械又は機械−電気変換素子の一
方面と他方面に複数の分極用電極を設定し、前記複数の
分極用電極の間に、一対又は複数対の歪発生又は歪検出
用電極を設定したことを特徴とする歪素子。 - 【請求項３】 電気−機械又は機械−電気変換素子に複
数の分極用電極を設定し、前記複数の分極用電極の間に
歪発生又は歪検出用電極を設定した歪素子と、 前記歪素子と接合された振動体と、 前記歪素子への電気信号の供給又は受給を行う手段、と
を有することを特徴とする振動装置。 - 【請求項４】 電気−機械又は機械−電気変換素子の一
方面と他方面に複数の分極用電極を設定し、前記複数の
分極用電極の間に、一対又は複数対の歪発生又は歪検出
用電極を設定した歪素子と、 前記歪素子と接合された振動体と、 前記歪素子への電気信号の供給又は受給を行う手段、と
を有することを特徴とする振動装置。 - 【請求項５】 上記複数の分極用電極を略平行に設定し
たことを特徴とする請求項１又は２記載の歪素子。 - 【請求項６】 上記複数の分極用電極を略放射状に設定
したことを特徴とする請求項３又は４記載の振動装置。 - 【請求項７】 電気−機械又は機械−電気変換素子に複
数の分極用電極を設定し、前記複数の分極用電極の間に
歪発生又は歪検出用電極を設定し、前記複数の分極用電
極に電圧を印加して分極を行うことを特徴とする歪素子
分極化方法。 - 【請求項８】 電気−機械又は機械−電気変換素子の一
方面と他方面に複数の分極用電極を設定し、前記複数の
分極用電極の間に、一対又は複数対の歪発生又は歪検出
用電極を設定し、前記複数の分極用電極に電圧を印加し
て分極を行うことを特徴とする歪素子分極化方法。 - 【請求項９】 前記分極用電極に比べて前記歪発生又は
歪検出用電極の幅をせまくしたことを特徴とする請求項
１、２又は５記載の歪素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11280294A JP3323642B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 歪素子又は歪素子を用いた振動装置 |
| US08/797,889 US5786655A (en) | 1994-05-26 | 1997-02-10 | Strain element and vibration device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11280294A JP3323642B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 歪素子又は歪素子を用いた振動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07321384A true JPH07321384A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3323642B2 JP3323642B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=14595900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11280294A Expired - Fee Related JP3323642B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | 歪素子又は歪素子を用いた振動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3323642B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9219221B2 (en) | 2010-11-30 | 2015-12-22 | Olympus Corporation | Piezoelectric actuator having prismatic piezoelectric element |
| DE102016119529A1 (de) * | 2016-10-13 | 2018-05-03 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Ultraschallmotor |
| CN110971140A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-07 | 上海应用技术大学 | 一种基于mems的压电装置及其制备方法 |
-
1994
- 1994-05-26 JP JP11280294A patent/JP3323642B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9219221B2 (en) | 2010-11-30 | 2015-12-22 | Olympus Corporation | Piezoelectric actuator having prismatic piezoelectric element |
| JP5914355B2 (ja) * | 2010-11-30 | 2016-05-11 | オリンパス株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| DE102016119529A1 (de) * | 2016-10-13 | 2018-05-03 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Ultraschallmotor |
| CN110971140A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-07 | 上海应用技术大学 | 一种基于mems的压电装置及其制备方法 |
| CN110971140B (zh) * | 2019-11-28 | 2022-08-16 | 上海应用技术大学 | 一种基于mems的压电装置及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3323642B2 (ja) | 2002-09-09 |
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