JPH03112376A - ねじり圧電素子およびその分極方法 - 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〕 本発明は圧電素子を用いた超音波モータ、圧電アクチュ
エータ等に用いるねじり圧電素子およびその分極方法に
関する。

〔従来の技術〕

ある種の結晶に電界を加えると歪が発生する現象は、逆
圧電効果と呼ばれており、この現象を利用した圧電素子
が広く使われている。このような圧電素子は電界を加え
ることにより直接に歪が得られるため、構造的に簡単で
精密な制御が行われる特徴がある。

しかし、逆圧電効果によって発生する歪は小さく、この
ような圧電素子の変位を大きく取るためには薄板状の圧
電材料を多数枚積層した構造とすることが普通である。

積層する圧電材料の各素子としては、水晶、ロッシェル
塩、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛磁器、Ｐ
ＣＭ圧電磁器等のセラミックスや、ある種の強誘電ポリ
マーが用いられている。

強誘電体の等方性で圧電性のない多結晶焼結体（セラミ
ックス）や薄膜に高電界を印加し、それらの自発分極の
方向をある程度そろえる（分極する）ことにより、圧電
体とすることができる（ポーリング）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、このようなねじり振動用圧電素子を分極する方法
として、セラミックスを、例えば４等分して扇形とし、
各扇形の端面に電極を形成して扇形について分極を行い
、分極した後、電極を削除し、４つの扇形を再度接着を
して再度円板状またはドーナツ状の圧電素子を形成して
いる。

しかしながら、このような方法による場合には、圧電素
子自体を接着し結合しているために圧電素子の強度が弱
いという問題があり、また切断、接着等複雑な工程を経
るため、コスト高となっている。

〔発明の目的〕

本発明は上述するような従来の技術に付随する問題点を
解決して、ねじり圧電素子の分極に要するコストを低減
でき、強度の大きいねじり圧電素子を、しかも、その品
質を向上して製作できる方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の分極方法においてはほぼ円柱状の圧電素子材料
の外周面を周方向に４領域に分割し、該分割した各領域
に圧電素子の長手方向に延在する短冊状電極を形成し、
隣接する一組の電極を第一の極性に接続するとともに該
一組の電極と対向する他の一組の電極を第一の極性と反
対の第二の極性に接続して分極することを特徴とするね
じり圧電素子の分極方法により上記の目的を達成する。

これにより、一体物からなるほぼ円柱状の圧電素子材料
の外周面が周方向に４領域に分割され、該各領域は圧電
素子材料の長手方向に延在しており、該圧電素子材料は
隣接する６対の領域間で分極されており、側対の分極方
向が平行している本発明に係るねじり圧電素子が得られ
る。

また、このようにして分極したねじり振動用圧電素子を
使用するに際しては、前記第一の極性に接続して分極し
た領域の一方の領域および前記他の一組の電極中の該一
方の領域に対向する領域を同一の駆動電極の第一の極性
に接続し、残りの領域を該駆動電極の第一の極性と反対
の第二の極性に接続してねじりを生じさせることにより
、このねじり圧電素子はねじり振動をすることになる。

〔作　用〕

本発明においては、従来の方法のような薄板状の圧電素
子を用いずに．ほぼ円柱状の圧電材料を用いて分極する
ことができ、このため製造コストが低減でき、しかも．
ほぼ円柱状のまま圧電材料を処理するために、圧電材料
の強度が非常に向上し、また、品質も向上する。

〔実施例〕

以下、実施例を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明の分極方法を実施するには、第１図および第２図
に示すように、円柱状の圧電素子材料１を準備する。圧
電素子としては前述のような材料、すなわち、焼結した
セラミックスその他の材料を用いることができる。

円柱状の圧電素子」イ料１の外周面、すなわち、円周面
を周方向に第１図に示すように４等分する。

すなわち、円周角が９０°の４つの円弧部分に外周面を
分ける。この４つの分けられた円弧部分を円柱状の圧電
素子材料１の長手方向に延在させ、各領域の上に電極２
ａ、２ｂ、２Ｃ１２ｄを蒸着または薄膜により形成する
。各電極２　ａ　％　２　ｂ　％２ｃ１２ｄの間には、
細幅の空隙部Ｓがそれぞれ形成されている。

このようにして、短冊状に延びる４つの電極２ａ、　２
ｂ、２ｃ、２ｄが円柱状の圧電素子材料１の周面に形成
される。そして、電極２ａと電極２ｂは隣合っており、
同様に電極２ｃと電極２ｄも隣合っている。電極２ａと
電極２Ｃは向い合っており、電極２ｂと電極２ｄも向い
合っている。

この状態で電極２ａ、２ｂを第一の電極、例えば十の電
極に接続し、それに向い合った電極２Ｃ１２ｄを−の電
極に接続し、これにより４つの電極に電圧を加えて円柱
状をした圧電素子材料１を分極する。

この結果、第１図中に実線で示す矢印の方向に、すなわ
ち、図においては水平方向に分極が行われる。

次に、このようにして分極した圧電素子材料１をねじり
振動に用いる場合には、第３図に示すように、上述の分
極方向（実線の矢印で示す方向）と直交する方向（破線
の矢印で示す方向）に電圧を印加するように、駆動電極
３に接続する。

すなわち、電極２ａとそれに対向していた電極２ｃとを
同一の一方の電極に接続し、電極２ａと隣合っており分
極時には電極２ａと同極性に接続された電極２ｂと、そ
れに向い合っている電極２ｄとを反対側の駆動電極に接
続する。

そして電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに交番電源３から交
番電圧を加えることにより、この円柱状の圧電素子材料
１には、第３図に破線を示すように、前述した分極方向
、すなわち、第１図の実線方向１と直交する方向に交番
電界が形成され、駆動電界により分極方向と直交する方
向に交番に力が作用し、これにより円柱状をした圧電素
子材料１にねじり振動が牛じる。

〔発明の効果〕

本発明によれば．ほぼ円柱状をした圧電素子材料を用い
て、そのまま分極を行い、また、使用することができる
。従って、薄板状の圧電素子を用いないでねじり圧電素
子を分極し、使用することができるために、分極のため
のコストが大幅に低減され、また、接着することなく、
一体物のほぼ円柱状の圧電素子材料を用いることができ
るために、圧電素子材料の強度が非常に増加し、また、
その得られた圧電素子材料の信頼性は非常に高いもので
ある。

また、本発明においては、圧電素子材料の長さを長くす
ることにより、ねじり圧電素子のねじり角を容易に大き
くできるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るねじり圧電素子の分極方法を説明
する正面図、第２図は第１図の側面図、第３図は本発明
方法により分極されたねじり圧電素子の使用状態を示す
配線図である。 １・・・円柱状をした圧電素子材料、 ２ａｓ　２ｂｓ　２ｃ、２ｄ・＝電極、３・・・交番電
源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．ほぼ円柱状の圧電素子材料の外周面を周方向に４領
   域に分割し、該分割した各領域に圧電素子材料の長手方
   向に延在する短冊状電極を形成し、隣接する一組の電極
   を第一の極性に接続するとともに該一組の電極と対向す
   る他の一組の電極を第一の極性と反対の第二の極性に接
   続して分極することを特徴とするねじり圧電素子の分極
   方法。
2. ２．請求項１の分極方法において、前記第一の極性に接
   続して分極した領域の一方の領域および前記他の一組の
   電極中の該一方の領域に対向する領域を同一の駆動電極
   の第一の極性に接続し、残りの領域を該駆動電極の第一
   の極性と反対の第二の極性に接続してねじりを生じさせ
   ることを特徴とするねじり圧電素子の分極方法。
3. ３．一体物からなるほぼ円柱状の圧電素子材料の外周面
   が周方向に４領域に分割され、該各領域は圧電素子材料
   の長手方向に延在しており、該圧電素子材料は隣接する
   各対の領域間で分極されており、両対の分極方向が平行
   していることを特徴とするねじり圧電素子。