[发明专利]压电元件及包括压电元件的压电致动器和振动波马达

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有机电能量转换功能的、在其中压电层和电极层被层叠的压电元件，更具体地，涉及一种适合于振动波马达和压电致动器的压电元件，并且涉及包括所述压电元件的压电致动器和振动波马达。

背景技术

压电材料是具有用于将电能转换为机械能的机电能量转换功能的典型材料。

由于其特性，由压电材料构成的压电元件用在诸如振动波马达的各种压电致动器中。

特别是，近年，不仅使用单片压电元件，而且还使用层叠压电元件，诸如：在其中多个压电层和电极层交替地层叠成多层并且被整体地烘焙的元件、以及在其中被烘焙成单片的压电元件被层叠和接合的元件。

这是因为，与单片压电元件相比，层叠结构能够以低电压获得更大的位移或更大的力。特别是，整体地烘焙的层叠压电元件适合于缩减尺寸和厚度。

常规地，就作为振动波驱动设备的振动波马达而言，关于构成棒状振动波马达的振动体的一部分的层叠压电元件有许多提议。该层叠压电元件包括由压电材料构成的多个压电层和由电极材料构成并且设置在压电层的表面上的电极层(也被称为内部电极)。

例如，美国专利No.5,770,916公开了作为用于棒状振动波马达的振动体的层叠压电元件的图9中示出的层叠压电元件。

多个电极层43设置在构成层叠压电元件40的除了最上层之外的多个压电层42的表面上。

电极层43被分割为4个区域(在图9中，示出A+、A-、B+、B-、AG+、AG-、BG+和BG-这8种类型)。

此外，连接电极43a(图9中用黑色填充的部分)被形成为与电极层43连接并且延伸到压电层42的外缘部分。

连接电极43a与外部电极44连接，外部电极44设置在层叠压电元件40的外周部分上，用于层之间的电连接。

多个表面电极45设置在构成层叠压电元件40的最上压电层42的表面上，并且各表面电极45与连接电极43a的位置对应地形成，以便与外部电极44连接。

通过下述方式执行极化，即，通过表面电极45将DC电压施加于电极层43的A+、A-、B+和B-，以使得相对于作为地的AG+、AG-、BG+和BG-，A+和B+变为正，A-和B-变为负。如此，可获得用于驱动振动波马达的极性。

此外，图10是示出下述示例的截面图，在所述示例中，图9的层叠压电元件40被并入在棒状振动波马达50的振动体51中。

在图10中，层叠压电元件40与柔性电路板52一起被夹在(interpose)构成振动体51的中空金属构件53与54之间，并且用螺栓55紧固。

在振动体51的轴向方向上的一侧，设置了旋转器58，旋转器58被弹簧56和弹簧支承件57按压，以与金属构件54的远端部分接触，因此，可从旋转齿轮59获得旋转输出。

作为驱动棒状振动波马达50的方法，时间相位相差大约π/2的AC电压施加于合并在振动体51中的层叠压电元件40的由A+、A-、AG+和AG-构成的相(phase)A和由B+、B-、BG+和BG-构成的相B。

结果，激励与轴向方向正交的两个弯曲振动，而不是旋转摆动运动。然后，通过使用构成振动体51的金属构件54的远端部分作为摩擦表面，与金属构件54按压接触的旋转器58通过摩擦接触而旋转。

如以上在常规示例中所述的那样，执行下述极化，在所述极化中，DC电压施加于A+、A-、B+和B-，以使得相对于作为地的AG+、AG-、BG+和BG-，A+和B+变为正，而A-和B-变为负。在这种情况下，存在这样的已知问题，即，如图9所示的在施加具有相反极性(正和负)的DC电压的两个相邻电极部分之间的、由压电层构成的非电极部分46引起电势差，并且在所述极化中被极化。

在本文中，压电层42和电极层43叠加的区域(电极层形成在压电层上的区域)被称为电极部分，而仅具有压电层42、没有电极层的区域(没有形成电极层的压电层区域)被称为非电极部分。