JPH01308176A - 圧電基板 - 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〕 この発明は、圧電基板、特に超音波モータの圧電素子に
好適な圧電基板に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、複数領域に分割して分極処理された圧電基
板において、複数領域の境界域で分極強度に傾斜を持た
せて分極処理することにより、各領域の境界域に加えら
れる機械的ストレスを大幅に軽減できるようにしたもの
である。

〔従来の技術〕

超音波モータは、応答性が高く、磁力線を出さず、そし
て低速度高トルクといったように、従来の電磁モータに
無い種々の特徴を有している。

第３図には、超音波モータ５０の断面図が一例として示
されている。この超音波モータ５０は、固定子５１〔以
下、ステータと称す〕と、回転子５２〔以下、ロータと
称す〕と、回転軸５３と、ベアリング部５４とから主に
構成される。

ステータ５１は、進行波を発生させて摩擦力によりロー
タ５２を回転させるものである。ステータ５１は、第４
図に示すように黄銅製の固定子基台５５上に、フェルト
製の防振体５６、圧電セラミックで形成される圧電素子
５７、黄銅製の弾性体リング５８を順次接着することで
形成される。

上述の圧電素子５７は、第５図Ｃに示すように、円周方
向（第５図中矢示Ｃ）に複数の領域５９に区分されてお
り、各領域居９は図示の極性に分極されている。極性は
、各領域５９毎に交互に反転せしめられている。この圧
電素子５７の上面６０には、電極６１．６２が形成され
ている。この電極６１，６２は、夫々λ／４（λは共振
波長）、３λ／４の長さの非電極部６３を隔てて設けら
れており、電極６１．６２は７７４分ずれて配置されて
いる。一方、圧電素子５７の下面６４にば、アース用の
電極が形成されている。

ロータ５２ば、ステータ５１との間に摩擦力を発生させ
るため、ステータ５１に押しつげられている。ステータ
５１に進行波が発生すると、ロータ５２は上述の摩擦力
によって回転する。ロータ５２ば、鉄製の回転子基台６
６と、硬質ゴム製のスライダ６７とが接着されることで
形成される。

上述の構成の圧電素子５７に位相が相互に９０゜ずれて
いる交流電圧を加えることによって超音波モータ５０を
回転させることができる。即ち、第５図Ｃに示すように
、電極６２に正弦波電圧、電極６１に余弦波電圧を夫々
印加すると、圧電素子５７は撓み振動を起こす。電極６
１．６２の位置ばλ／４（９０°）分ずれており、そし
て撓み振動の移相も９０°ずれているため、ステーク５
１には進行波が発生する。

この結果、ロータ５２は、ステーク５１との間に生ずる
摩擦力により、回転する。ロータ５２ば、第５図Ａに示
される方向（矢示Ｅ）に回転すゑ。

即ち、第５図Ｂに示される進行波の進む方向（矢示Ｄ）
とは逆に回転する。

また、特開昭６．０−１８３９８２号では、複数の領域
の分極方向が交互に反転しているようにされた板状圧電
振動子を７７４分だけずらして重ね合わせて圧電素子を
形成すると共に、相互に移相のずれた交流電圧を印加す
ることにより、摺動子が回転する構成が開示されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図及び第５図に示されるような従来の圧電素子５７
では、隣接する領域５９の間における極性の反転が第１
図中−点鎖線で示すように、極めて急峻とされていた。

このため、上述の領域５９の境界域６５には過度の機械
的ストレスが加わるという問題点があった。

この境界域６５に加えられる機械的ストレスによって、
圧電素子の製作時、圧電素子の破損を招くことがあり、
良好な圧電素子が安定的に得難くコストアップになると
いう問題点があった。

また上述の機械的ス１−レスによって、超音波モータの
使用時にも圧電素子の破損を生ずることがあり、これら
問題点の改善が望まれていた。

従って、この発明の目的は、各領域の境界域における機
械的ストレスを軽減し得る圧電基板を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、複数領域に分割して分極処理された圧電
基板において、複数領域の境界域で分極強度に傾斜を持
たせて分極処理することを特徴としている。

〔作用〕

圧電基板の各領域の境界域における極性化のレベルは、
各領域の中央部分における極性化のレベルに対し、相対
的に弱められている。即ち、各領域における極性化のレ
ベルは、中央部分が最も高く、そして両端の境界域に近
づくにつれて低下するようにされている。即ち、領域の
中央部分から両側の境界域にかけて極性化のレベルは所
定の傾斜を以て低下することになる。

従って、隣接する領域の境界域では、極性の反転が比較
的緩やかに行われることになり、機械的ストレスが大幅
に軽減され、圧電基板の破損を生ずるごとがない。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。この実施例は、第１図及び第２図に示すようにＰＺ
Ｔ系の圧電セラミックスで形成される圧電基板に対し、
この発明を適用したものである。尚、この説明は以下の
順序でなされる。

（Ａ）第１実施例 （Ｂ）第２実施例 （Ａ）第１実施例 第１図Ａ及び第１図Ｂは、この発明の第１実施例を示す
図である。

この第１実施例に示す圧電基板１は、各領域２゜３．４
の中央部分２ｂ、３ｂ、４ｂにおける極性化のレベルを
１００％とし、中央部分２ｂ、３ｂ。

４ｂから両端の境界域２ａ、２ｃ、３ａ、３ｃ。

４ａ、４ｃに近ツ＜につれて極性化のレベルを徐々に弱
め、そして両端の境界域２ａ、２ｃ、３ａ。

３ｃ、、４ａ、４ｃにおける極性化のレベルを０％とす
るものである。

この極性化のレベル分布は、以下のようにして実現され
る。

第１図Ａに示されるように、圧電基板１の一面５側に平
板状の電極６を設けると共に、他面７側にロンド状の電
極８を押し付け、交流電圧を印加する。そしてロンド状
の電極８を境界域２ａから中央部分２ｂに向けて移動さ
せる。

電極８の移動と共に印加電圧を徐々に上昇させ、中央部
分２ｂで、例えば１０　ｋＶ／ｃｍの電界を加えるよう
にする。そして、中央部分２ｂを過ぎて他側の境界域２
Ｃに向かって移動する段階では、印加電圧を徐々に減少
させる。尚、ＰＺＴ系の圧電セラミックスでは、極性化
のレベルが１００％の場合、１００°Ｃの下で１０　ｋ
Ｖ／ｃｍの電界を印加すれば良い。これにより第１図Ｂ
に示されるように、中央部分２ｂ、３ｂ、４ｂの極性化
レベルが１００％、そして中央部分２ｂ、３ｂ、４ｂか
ら両側の境界域２ａ、２ｃ、３ａ、３ｃ、４ａ、４ｃに
かけての極性化のレベルは徐々に低下し、両側の境界域
２ａ、２ｃ、３ａ、３ｃ、４ａ、４ｃの極性化のレベル
が０％となるような極性化レベル分布を有する圧電基板
１が得られる。

そして、この圧電基板１を一体的に、或いは分割して弾
性体リングに貼着するものである。

上述したような極性化レベル分布を有する圧電基Ｆｊ、
１によれば、隣接する領域、例えば領域２．３の境界域
２ｃ、３ａでは極性の反転が比較的緩やかに行われるた
め、製造時、使用時共に、境界域２ｃ、３ａに加えられ
る機械的ストレスは大幅に軽減される。

従って、境界域２ｃ、３ａの機械的ストレスによる圧電
基板１の破損が防止されると共に、各領域２，３．４の
中央部分２ｂ、３ｂ、４ｂでは十分な極性化レベルが得
られる。

尚、この実施例では、圧電基板１の中央部分２ｂ、３ｂ
、４ｂにおける極性化のレベルを１００％にする例につ
いて説明しているが、これに限定されるものでないこと
は勿論である。例えば、印加電圧を弱めることにより極
性化のレベルを適宜の値に設定できる。

また、この実施例では、印加電圧を徐々に変化させる状
態を説明しているが、これに限定されず、例えば−旦領
域２，３．４の全体にわたって１００％の極性化を行っ
た後に、逆電界を印加して所望の極性化レベルを得るよ
うにしてもよい。

ＣＢ）第２実施例 第２図Ａ及び第２図Ｂは、この発明の第２実施例を示す
図である。

この第２実施例が、前記第１実施例と異なる点は、極性
化のレベルの変化を階段状にした点である。即ち、第１
図Ｂに示されるように、各領域２゜３．４の中央部分２
ｂ、３ｂ、４ｂにおける極性化のレベルを１００％とし
、中央部分２ｂ、３ｂ。

４ｂから両端の境界域２ａ、２ｃ、３ａ、３ｃ。

４ａ、４ｃに近づ（につれて極性化のレベルヲ階段状に
低下させるものである。

この極性化レベルの変化は、以下のようにして実現され
る。

第２図Ａに示されるように、圧電基板２０の両面５，７
に電極２１，２２，２３．２４．２５を設ける。各電極
には、第２図Ｂに示される階段状の極性化のレベルＬＬ
、Ｌ２に対応した電圧が印加される。即ち、電極２３に
は、極性化のレベル１００％に対応する電圧、例えば１
０ｋＶ、電極２２．２４には、極性化のレベルＬ１に対
応する電圧、そして電極２１．２５には、極性化のレベ
ルＬ２に対応する電圧である。

この実施例に示される圧電基板２０によれば、極性化レ
ベル分布は、中央部分２ｂ、３ｂ、４ｂから両側の境界
域２ａ、２ｃ、３ａ、３ｃ、４ａ。

４ｃにかけて、第２図Ｂ中破線にて示すような低下する
方向の傾斜を有するものとなる。これにより隣接する領
域、例えば領域２．３間では、極性の反転が比較的緩や
かに行われるため、境界域２ｃ、３ａに加えられる機械
的ストレスは大幅に軽減される。

ところで、この第２実施例の場合には、電極２１．２２
，２３，２４．２５自体の抵抗が傾斜していることを利
用することもできる。例えば極性化のレベルの高い中央
部分２ｂ、３ｂ、４ｂには、抵抗の低い電極を用い、ま
た極性化のレベルの低い部分には、抵抗の高い電極を用
いることである。

尚、その他の内容については、前記第１実施例と同様で
あり重複する説明を省略する。

〔発明の効果〕

この発明では、圧電基板の各領域の境界域で分極強度が
低下する方向に傾斜をもたせて分極処理しているので、
隣接する領域間での極性反転が比較的緩やかに行われ、
各領域の境界域に加わる機械的ストレスが大幅に軽減さ
れるという効果がある。また境界域における機械的スト
レスが大幅に軽減されるため、製作時には圧電素子の破
損を防止でき、コストアップにならず、また超音波モー
タの使用時にも圧電素子の破損を防止できるという効果
がある。

実施例によれば、各領域の境界域では極性化のレベルを
低くでき、それでいて各領域の中央部分では極性化のレ
ベルを高くできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は夫々この発明の第１実施例を示す路線図、第２
図は夫々この発明の第２実施例を示す路線図、第３図は
この発明に適用できる超音波モータの断面図、第４図は
第３図に示す超音波モータのローフとステータの分解斜
視図、第５図は夫々超音波モータの駆動の例について説
明する説明図である。 図面における主要な符号の説明 １．２０：圧電基板、　２，３，４，５９　：ＩＮ域、
２ａ、２ｃ、３ａ、３ｃ、４ａ、４ｃ、６５：境界域、
　５７：圧電素子。 代理人　　　弁理士　杉　浦　正　知 く が く

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数領域に分割して分極処理された圧電基板において、 上記複数領域の境界域で分極強度に傾斜を持たせて分極
   処理することを特徴とする圧電基板。