(57)【要約】【課題】圧電素子の中間層を有効活用して、振動発生の変換効率を上げる。【解決手段】複数に分極され、交流電圧を印可することにより振動が励起される圧電素子において、一方の面に形成された電極から他方の面に形成された電極の間に、厚み方向に対し傾斜をもった分極が施されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数に分極され、交流電圧を印可することにより振動が励起される圧電素子において、
一方の面に形成された電極から他方の面に形成された電極の間に、厚み方向に対し傾斜をもった分極が施されていることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
圧電素子チップを複数備えて進行波を励起し、円環形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
圧電素子チップを複数備えてねじり振動を励起し、円環形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータに用いる圧電素子であって、電極配置により圧電素子を有効利用するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ｄ３３方向の分極を利用した超音波モータとしては特開昭６１−３０９７３号公報があり、図７および図８に従来例を示す。図７は圧電素子の分極を側面より示したものである。図８は振動波
圧電素子２２の片面には幅方向（図面奥行方向）に横切るように細帯状の電極２３（１）、２３（２）、２３（３）・・・が一定間隔のピッチで設けられている。この電極を用いて順番に分極していく。まず、電極２３（１）を高電位極、電極２３（２）を低電位極とし、直流高電圧を印可し図７のような電界を発生させ分極する。
【０００３】
次に、電極２３（２）を高電位極、電極２３（３）を低電位極とし、同様に分極する。また、もう一方の面も同じ様に分極する。このように分極された圧電素子２２の電極２３（１）、２３（２）、２３（３）・・・および２４（１）、２４（２）、２４（３）・・・に一つおきに極性を逆にして交流電源を接続する。圧電素子２２に進行波が励起され移動体３が駆動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の効果を説明する。電極に印可される電圧により圧電素子内に発生する電界は、電極が配置されている側では電束密度が大きく、反対側の面では電束密度が小さくなる。そして、圧電素子の片側のみに電極が設けられている圧電素子では、電極が配置されていない側の圧電素子が無駄になっており非効率的である。
【０００５】
そのため、両面に電極を配置し、圧電素子の無駄になっている部分を活用する方法を示している。
【０００６】
しかし、この電極配置による分極および印可では、ある一定の厚みをもつ圧電素子において、圧電素子の中間層を効率よく用いることができず、単位入力あたりの変形が小さくなってしまう。また、圧電素子を振動体に接着して用いる際は、圧電素子の片側の面を接着面として用いなければならず、圧電素子にスルーホールを設けたり、振動体および圧電素子間に給電回路を設けなければならないなど複雑な構造にしなければならない。
【０００７】
さらに、分極処理工程を隣り合う電極ごとに順次行っていくため、時間を要し、分極による歪みで割れが発生しやすくなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の目的を実現する構成は、まず圧電素子の片面に電極を配置し、もう一方の面には、これと相対する位置とずれた位置に電極を設け、厚み方向と傾斜をもつ方向に分極を施したものである。この構成により、圧電素子の中間層を有効利用でき、振動発生の変換効率を上げることができる。
【０００９】
また、圧電素子の片方の面は全面グラウンドとして用いれば良く、圧電素子を振動体に接着固定して用いる場合も圧電素子の接着面側に給電する必要はない。さらに、このような使用方法ならば分極処理を一回ですませることも可能であり、面倒な分極処理工程を省くことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例における圧電素子の側面図を示す。図中、１が圧電素子で、２１、２２、２３・・・は図の奥行き方向に幅を持つ電極である。電極２１、２２、２３・・・はλ／２間隔で配置されている。同じく、３１、３２・・・も電極であり、λ／２間隔で配置されている。
【００１１】
電極３１、３２・・・は、電極２１、２２、２３・・・のちようど中央に来るように、つまりλ／４ずれた位置になるように設けられている。
【００１２】
ｄ３３方向に分極された圧電素子における分極処理は、電極２１、２２、２３・・・を高電位極とし、電極３１、３２・・・を低電位極とすると、図１の矢印のように圧電素子の全域にわたり電束密度の高い電界がかかり、厚み方向に対し傾斜を持った方向に充分分極される。電極３１をまたいだ電極２１〜電極２２までの範囲を圧電素子の最小単位とし、実際に超音波モータとして用いる場合は、圧電素子ブロック１つをλ／２相当あるいはλ／４相当の長さをもたせるか、複数の圧電素子ブロックによりλ／２あるいはλ／４の長さをもたせる構成となる。
【００１３】
本実施形態の圧電素子を用いた超音波モータにおいて、圧電素子は図２のような分極パターンである。給電面を高電位極としグラウンド面を低電位極とする分極処理を＋（プラス）分極処理とし、その逆を−（マイナス）分極処理とすると、分極方向はλ／４おきに＋＋−−の繰り返しになっており、一度に全面を＋の分極処理をして、その後で−分極領域の処理をした。
【００１４】
図３は圧電素子上に形成された電極パターンであり、裏表同じパターンをしている。
【００１５】
給電面の説明をする。圧電素子上に形成されている電極パターンを図４に示すようなフレキシブル基盤により４個おきに内周側および外周側を短絡させることにより、櫛形状をしたＡＢ相を形成する。本実施例では、１つの櫛形状がλ／４に相当し、λ／４が圧電素子単位ブロック３個により構成されている。フレキシブル基盤への給電は半田でリード線を接続した。
【００１６】
グラウンド面の説明をする。電界を斜めに走らせるために電極以外の領域は振動体と絶縁されてなければならず、圧電素子グラウンド面の電極以外の領域に絶縁皮膜を設けて振動体に接着する。あるいは全周のグラウンド電極を圧電素子の側面から取り出し、グラウンドにおとしてグラウンド面全面に絶縁皮膜を設けたり、絶縁性の接着剤により圧電素子と振動体を接着する。
【００１７】
（第２の実施例）
図５は本発明の第２の実施例について示す。図５のような扇形の圧電素子チップを複数個接着して横方向につなげることで円環形状の圧電素子を形成する。電極２１、２２と電極３１のどちらか―方を高電位極とし、他方を低電位極として分極処理をする。ただし、円環形状を構成する圧電素子チップに関しては同一の方向に分極する。分極工程は圧電素子チップの段階でも、接着してからでもよく、一度に行う方がより効率的であるため、接着してから行う。効果としては、圧電素子の材料費を削減することができる。
【００１８】
（第３の実施例）
図６は本発明の第３の実施例について示す。図６のような電極２１、３１をもつ複数の圧電素子チップを絶縁性接着剤により横方向につなげることで円環形状の圧電素子を形成する。ねじり振動子を構成する。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、圧電素子の中間層を有効利用でき駆動効率が向上する。請求項２に記載の発明によれば、圧電素子の材料費を削減することができる。請求項３に記載の発明によれば、低コストのねじり振動子が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係わる電極配置と分極方向を示す圧電素子側面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係わる圧電素子の分極パターンを説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係わる圧電素子の電極パターンを説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係わるフレキシブル基盤と圧電素子上の電極パターンの位置関係を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係わる圧電素子チップの電極配置を示す圧電素子側面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係わる圧電素子チップの電極配置を示す圧電素子側面図である。
【図７】従来技術における超音波モータの主要部の概略図。
【図８】超音波モータの駆動を説明する図。
【符号の説明】
１　圧電素子
２、３　電極
４　フレキシブル基盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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