JPH04171876A - 圧電体素子 - 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、特に電歪公転子型の超音波モータの振動子に
使用する圧電体素子に関するものである。

〔従来の技術〕

超音波モータは、ステータ部に圧着されたロータ部を超
音波楕円振動により回転させる。したがって、超音波モ
ータでは、超音波楕円振動を発生する振動子が必要とな
る。この超音波楕円振動を発生させるものとして、たと
えば円板状又は円環状に形成した圧電セラミックス（圧
電体素子）の半径方向の歪を用いた、いわゆる電歪公転
子型の超音波モータがある。

第６図は従来の圧電セラミックスの励振を説明する図で
ある。第６図において、圧電セラミフクス５０は、セラ
ミックス円環板５２と、電極５４とからなる。圧電セラ
ミックス５０は、セラミックス円環板５２の上下の表面
に、２等分割した電極５４を形成したものである。尚、
圧電セラミックス５０は厚み方向に分極処理が施され、
電極５４＋、５４ｓに対応する部分が第６図において上
方向に分極され、電極５４□、５４４に対応する部分が
下方向に分極されている。第６図における矢印はこの分
極の様子を示したものである。圧電セラミックス５０を
励振させるには、第６図に示すように電極５４．と電極
５４．との間及び電極５４ｔと電極５４４との間に交流
電圧を印加する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の圧電セラミフクスでは電極に半田
付けで結線を行う際に、セラミックス円環板の振動を阻
害しないように結線するのに手間がかかり、このためコ
スト高になるだけでなく、圧電セラミフクスの取り扱い
を極めて困難なものとしていた。また、多（の配線を通
すために必然的に大きなスペースが必要となるという不
利な点が見られた。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、電極
への配線が容易で、且つ結線による振動への悪影響を低
減することができる圧電体素子を提供することを目的と
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するための本発明は、圧電体薄板と、
該圧電体薄板の両表面に形成された励振用の電極とを有
する圧電体素子において、前記圧電体薄板の一方の表面
の一部に該表面に形成された電極と電気的に絶縁され、
かつ前記圧電体１板の側面に形成された電極を介して前
記圧電体薄板の他方の表面に形成された電極と電気的に
接続された折返し電極を形成したことを特徴とするもの
である。

そして、前記圧電体薄板は外半径がｒ、の円環状に形成
され、前記折返し電極は前君己圧電体薄板の中心から外
側の弧までの距離がｒ、の略扇形状に形成され、かつ前
記距離ｒ、の前記外半径ｒ。

に対する比の値ｒ　３　／　ｒ　１が０．３７５より大
きく、０．５５以下であることが望ましい。

〔作用〕

本発明に係る圧電体素子は前記の構成により、折返し電
極を形成した側の表面においてのみ電極との結線を施せ
ばよいので、両表面において結線作業を行っていた従来
のものに比べて電極への結線が容易となり、また配線用
のスペースは一方の表面において確保すれば良いので従
来のものに比べて省スペース化を図ることができる。更
に、−方の表面においてのみ電極との結線を施せばよい
ので、従来のものに比べて結線による振動への悪影響を
低減することができる。

そして、略扇形状に形成された折返し電極についてｒ　
１　／　ｒ　１を０．３７５より大きく、０．５５以下
に設定することにより、共振のＱ値が大幅に減少するの
を防止することができ、したがって従来のものと路間等
の誘電特性を有する。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照して
説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例である圧電セラミック
スの斜視図、同図（ｂ）はその圧電セラミックスの正面
図、同図（Ｃ）はその圧電セラミックスの底面図である
０本実施例の圧電セラミフクス（圧電体素子）は、Ｐｂ
　（ＺｒＴｉ）Ｏａからなるセラミックス円環板（圧電
体薄板）２と、その表面に形成された励振用の電極４　
（励振用の電極を単に電極ともいう、）とからなる。

本実施例の圧電セラミフクスは次のようにして形成され
る。第２図は本実施例の圧電セラミ、クスの分権処理を
説明する図である。まずセラミックス円環板２に分極処
理を施すために、その上下の表面に分権用の電極６を形
成する０分極用電極６は、セラミックス円環板２の表面
に銀の微粉末をガラス粉末等で堅く焼き付けること（１
ｉ極焼き付は作業）によって形成したものである。この
分極用電極６は２等分割されており、分極用電極６、と
６．の聞及び分極用電極６！と６４との間に互いに逆向
きの直流電圧を印加することにより、分極処理を施す、
第２図に示す矢印はこの分極の様子を示したものである
。

次に、セラミックス円環板２の一方の面（表面Ａ）につ
いては作業を簡単にするために分極用電極６．，６．を
それぞれ励振用電極４＋、４ｇとして用い、もう一方の
面（表面Ｂ）については全面が一つの電極となるように
電極焼き付は作業を行う、さらにセラミックス円環板２
の穴３の内側面にも電極焼き付は作業を行う、この作業
が終わり電極が乾燥したのち、表面Ｂの穴３の内側円周
近傍のうち約４１５の部分の電極を取り除いて切欠部Ｘ
を形成する。また、穴３の内側円周の残り約１１５の部
分には、略扇形状に絶縁用の溝Ｙを形成する。これによ
り、表面Ｂには電極４．と折返し電極４−とが形成され
、この折返し電極４４は表面Ａに形成された電極と電気
的に繋がっている。

第３図は本実施例の圧電セラミックスの励振を説明する
図である。上記のように構成されたセラミックス円環板
２の表面Ｂにおいて電極４ゴと折返し電極４４をリード
線１０１，１０１により単相駆動ｔｆｌに接続する。圧
電セラミックスに電圧が印加されると、分極方向と同し
方向に電圧が印加された部分は圧電セラミックスの外周
方向に変形し、また分極方向と反対方向に印加された部
分は収縮する方向に変形する。したがって、単相駆動電
源を供給することにより圧電セラミックスは超音波楕円
運動を行う、この圧電セラミックスを電歪公転子型の超
音波モータに用いると、圧電セラミックスのロータ部が
圧着されている外周側面部分が外周方向に楕円振動を行
うので、ロータ部はその振動による力を連続的に受けて
回転する。

この型の超音波モータは、他の型の超音波モータ（たと
えば、ねじり結合子型超音波モータ）のように別個に金
属製振動子を設ける必要がなく、また、ころがり摩擦を
利用してロータ部にトルクを伝達するので、構造が簡単
でエネルギー効率が高く、しかもトルクや出力も大きい
。

本実施例における圧電セラミックスは、一方の表面にお
いて駆動用電源からのリード線を結線することができる
ので、従来のものに比べてリード線による振動への悪影
響を低減することができ、また配線作業も容易になる。

本発明者等は、一方の表面に２つの電極を形成したこと
による影響がどのように現れるかを調べるために、本実
施例における圧電セラミックスを実際に試作し、その誘
電特性と振動モードを測定した。試作した圧電セラミッ
クスとしては、第４図に示すように従来例と同様に厚さ
が２ｍｍ、外半径がｒ＋　＝２０ｍｍ、内半径がｒｚ−
７，５ｍｍのセラミックス円環板を用いた。

まず、この圧電セラミックスのアドミッタンスの？Ｊ素
素面面上おける軌跡を調べたところ、きれいな円を措き
本実施例における電橋形成の影響は見られなかった。ま
た、単相駆動電圧を印加して圧電セラミックスを励振さ
せたところその振動モードもきれいなりローバ状を示し
た。さらにこの圧電セラミックスの外周上にロータ部を
押し付けて超音波モータを駆動させたところよく回転さ
せることができた。

このように本実施例における圧電セラミックスは、従来
のものとアドミッタンス軌跡及び振動モードの点で何ら
遜色はない。

また、圧電セラミックスの中心から折返し電極の外側の
弧までの距離をｒ、とし、この距離ｒ。

の圧電セラミックスの外半径ｒ１に対する比の値ｒ　才
／　ｒ　１が異なる圧電セラミックスのサンプルを作成
し、これらのサンプルの共振のＱ値を３ｄＢ法により測
定した。その測定結果を第１表に示す、ただし、第１表
において測定例０は折返し電極を形成しない従来例であ
り、このときｒ３として圧電セラミックスの内半径ｒ、
を用いて表した。

第１表 第５図は第１表の測定結果をグラフに示したものである
。このグラフから共振のＱｌは折返し電極を形成するこ
とによって測定例０のＱ値より小さくなることがわかる
。したがって、折返し電極を設けることにより圧電セラ
ミックスに蓄えておくことができるエネルギーが少なく
なる。しかも、ｒ　１　／　ｒ　、が０．５５より大き
くなると（ｆｓ定例３．４．５．６）、そのＱ値は測定
例ＯのＱ（ｉ４２２の９０％以下になってしまう０本実
施例の圧電セラミックスを用いて電歪公転子型の超音波
モータを構成する場合、Ｑ値を従来のものと同程度に保
つことが、超音波モータの品質を確保する上で重要なこ
とであるので、折返し電極を設けたことによるＱ値の低
下は１０％以下にすべきである。

このため、圧電セラミックスに折返し電極を形成する場
合にはｒ　３　／　ｒ　ｌは０．３７５より大きく、０
．５５以下に設定しなければならない。

このように略扇形状の折返し電極を形成した圧電体セラ
ミックスは、ｒ　３　／　ｒ　Ｈの値を上記のように設
定することにより従来のものと同程度の誘電特性及び振
動モードを有し、しかも結線による振動への悪影響を低
減することができるので、本実施例の圧電セラミックス
は特に超音波モータの振動子として好適なものである。

尚、上記の実施例においては、圧電セラミックスを２等
分して分極した場合について説明しため（本発明はこれ
に限定されるものではなく、圧電セラミックスは３つ以
上に分けて分極してもよい。

電極を多数に分割したときには、本実施例の圧電セラミ
ックスの結線は従来のものに比べて簡単であるので、従
来のものよりも効果的に振動させることができる。

また、上記の実施例においては、セラミックス円環板の
内側面に電極を形成した場合について説明したが、この
電極はセラミックス円環板の外側面に形成してもよい。

更に、上記の実施例においては、圧電セラミックスを円
環状に形成した場合について説明した力（本発明はこれ
に限定されるものではなく、他の形状、例えば円板状に
形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、圧電体薄板の一方
の表面のみにおいて電極への結線を施すことができるの
で、従来のものに比べて電極への結線が容易で、しかも
結線による振動への悪影響を低減することができ、した
がって例えば超音波モータの振動子として好適な圧電体
素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例である圧電セラミック
スの平面図、第１図（ｂ）はその圧電セラミックスの正
面図、第１図（Ｃ）はその圧電セラミックスの背面図、
第２図はその圧電セラミックスの分極処理を説明する図
、第３図はその圧電セラミックスの励振を説明する図、
第４図は試作した圧電セラミックスの背面を説明するた
めの図、第５図はその圧電セラミックスを用い共振のＱ
値を測定した結果を示すグラフ、第６図は従来の圧電セ
ラミックスの励振を説明する図である。 ２・・・セラミックス円環板、 ４・・・励振用電極、６・・・分極用電極、１０・、・
　リード線。 出願人　新日鐵化学　　株式会社 出願人　　テミフクス・テクノロジー　　株式会社出願
人　ピエゾ・チック株式会社 代理人弁理士　　半　１）昌　男 第１図 （ａ　） （１））　　　　　　　　　　　　　　（ｃ　）第４図 第５図 ｒ　２　／　ｒ　１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体薄板と、該圧電体薄板の両表面に形成され
   た励振用の電極とを有する圧電体素子において、前記圧
   電体薄板の一方の表面の一部に、該表面に形成された電
   極と電気的に絶縁され、かつ前記圧電体薄板の側面に形
   成された電極を介して前記圧電体薄板の他方の表面に形
   成された電極と電気的に接続された折返し電極を形成し
   たことを特徴とする圧電体素子。
2. （２）前記圧電体薄板は外半径がｒ＿１の円環状に形成
   され、前記折返し電極は前記圧電体薄板の中心から外側
   の弧までの距離がｒ＿３の略扇形状に形成され、かつ前
   記距離ｒ＿３の前記外半径ｒ＿１に対する比の値ｒ＿３
   ／ｒ＿１が０．３７５より大きく、０．５５以下である
   請求項１記載の圧電体素子。