压电元件与超声波执行机构的制作方法

专利名称：压电元件与超声波执行机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电元件及包括该压电元件的超声波执行机构。
背景技术：
到目前为止，已知有这样的超声波执行机构(参考例如专利文 献l)，即用于各种电气设备且包括压电元件(电气机械转换元件)。 该压电元件是通过将压电体和电极交替着叠层而构成的。而且，所 述超声波执行机构中，通过将电压施加在电极上而让压电元件振动， 由此让可动体3运动。专利文献l:特表2003 — 501988号公报 发明内容发明要解决的技术问题
本案发明人对以下结构的超声波执行机构进行了考察。

图13 是该超声波执行机构的立体图，图14 (a)是用于超声波执行机构 的压电元件的立体图，图14 (b)是压电元件的分解立体图。
如图13、图14所示，压电元件100借助设置在壳体103的三 个支承部104A 104C收纳在该壳体103中。在压电元件100的端 面设置有驱动子110、 110，这些驱动子100、 100支承可动体111。 驱动子110、 110被支承部104B挤压到可动体111上。
压电体101和内部电极102交替着叠层构成压电元件100。内 部电极102G是跨越压电体101的几乎整个主要面而设的共用电极 (接地电极)。压电体101在图14所示的箭头方向上极化。
内部电极102A 102D 、 102G分别连接在外部电极 103A 103D、 103G上。该各个外部电极103A 103D、 103G设置 在压电元件100的端面上。例如引线108A 108D、 108G借助焊 料107连接在该各个外部电极103A 103D、 103G上。于是，电 压通过这些引线108A 108D 、 108G供到各个内部电极 102A 102D、 102G上。
但是，压电元件100的后述伸缩振动的共振频率和弯曲振动的 共振频率分別根据压电元件100的材料、形状等决定。于是，决定 压电元件100的材料、形状等要使得伸缩振动的共振频率和弯曲振 动的共振频率基本上一致。
下面，对超声波执行机构的动作进行说明。图6到图8分别是 说明压电元件的振动形态的概念图。
将引线108G接地，同时经由引线108A、 108C将特定频率的 正弦波基准电压施加到布置在压电体IOI的主要面的一个对角线上 的内部电极102A、 102C上，经由引线108B、 108D将大小和频 率大致与基准电压相等的正弦波电压施加到布置在另一对角线上的 内部电极102B、 102D上。这样一来，内部电极102A、 102C上 施加了同相位电压，内部电极102B、 102D上施加了同相位电压。 当基准电压和内部电极102B、102D上所施加的电压的相位差是0° 的时候，如图6所示，压电元件100会感应出一次模式伸缩振动。 另一方面，当该相位差是180。的时候，如图7所示，压电元件IOO 会感应出二次模式的弯曲振动。
若将与所述基本上一致的共振频率附近的频率的正弦波基准电 压加到内部电极102A、 102C上，将相位与基准电压相差90。或者 是_90。、大小、频率基本上与基准电压相等的正弦波电压施加給 内部电极102B、 102D，则压电元件IOO协调地感应出一次模式的 伸缩振动和二次模式的弯曲振动。这样一来，压电元件100的形状 便按照图8 (a)到图8 (d)所示的顺序变化。结果是，设置在压 电元件100上的驱动子110、 110，进行从贯穿图8纸面的方向看 近似椭圓运动。换句话说，驱动子110、 110由于压电元件100的 伸縮振动和弯曲振动的合成振动而进行椭圓运动。在该椭圆运动的 作用下由驱动子110、 110支承的可动体111在与压电元件100之 间进行相对运动，朝着箭头A或者箭头B的方向移动。
但是，在所述超声波执行机构中，至少需要将五根引线 108A 108D、 108G连接在压电元件100上的外部电极 103A 103D、 103G上。因此，在压电元件100振动时，引线 108A 108D、 108G、作为将引线108A 108D、 108G和外部电极 103A 103D、 103G连接起来的导电性连接部件的焊料107成为负 担，而妨碍了压电元件100的振动。结果是，有超声波执行机构的 效率下降之虞。
因为在由振动带来的应力集中的应力集中部有尚未形成内部电 极102A 102D、 102G的地方，所以在使压电元件100小型化的 情况下，得不到很大的伸缩振动。结果是，有超声波执行机构的效 率进一步下降之虞。
因为在应力集中部以外的部分尚未形成内部电极102A 102D、是，有超声波执行机构的效率进一步下降之虞。
本发明正是为解决上述问题而研究开发出来的，其目的在于 抑制对压电元件的振动的妨碍，同时，在使压电元件小型化的情况 下，得到很大的伸缩振动，并使不太发生由振动引起的应力的部分 的功耗下降。 解决问题的技术方案
为达成该目的，本发明所涉及的压电元件是这样的。该压电元 件，由近似矩形形状的压电体层和内部电极层交替叠层而构成。所 述内部电极层，由在叠层方向上夹着所述压电体层交替布置的共用 电极层和供电电极层构成。所述共用电极层具有共用电极。所述供 电电极层，具有被设置在所述压电体层的主要面上的第一供电电极 层、和被设置在与主要面上设置有该第一供电电极层的压电体层不 同的压电体层的主要面上的第二供电电极层。所述第一供电电极层 具有四个分割电极和第一连接电极，该四个分割电极分别形成在将所述压电体层的主要面的长边方向和短边方向分別二等分后得到的 四个区域中，该第一连接电极将该四个分割电极中分别形成在沿所 述压电体层的主要面的第一对角线方向相向的两个区域中的一对分
割电极相互连接起来。所述第二供电电极层具有四个分割电极和第 二连接电极，该四个分割电极分別设置在所述四个区域中，该第二 连接电极将该四个分割电极中分别设置在沿所述压电体层的主要面 的第二对角线方向相向的两个区域中的一对分割电极相互连接起来。所述第一连接电极和所述第二连接电极，分別设置在所述压电 体层的长边方向中央部分中短边方向两个边缘部分以外的部分。所 述共用电极连接在设置在所述压电元件外面的外部电极上，所述第 一供电电极层中的分别设置在沿所述第一对角线方向相向的两个区 域的一对分割电极与所述第二供电电极层中的分别设置在沿所述第 一对角线方向相向的两个区域的一对分割电极，由设置在所述压电 体层外面的外部电极连接在一起。所述第一供电电极层中的分别设 置在沿所述第二对角线方向相向的两个区域的一对分割电极与所述 第二供电电极层中的分別设置在沿所述第二对角线方向相向的两个 区域的一对分割电极，由设置在所述压电体层外面的外部电极连接 在一麵。 发明的效果
根据本发明，使分別设置在将压电体层的主要面的长边方向和 短边方向分别二等分后得到的四个区域中沿压电体层的主要面的第 一对角线方向相向的两个区域中、第一供电电极层的一对第一电极 相互导通，使分别设置在四个区域中沿压电体层的主要面的第二对 角线方向相向的两个区域中、第二供电电极层的一对第二电极相互 导通，便能够使引线等的数量减少。结果是，能够抑制对压电元件 的振动的妨碍。
因为能够使引线等的连接工时减少，所以很容易制造超声波执 行机构。特别是，因为压电元件的机械强度较弱，所以在将引线等 连接到外部电极上之际，有压电元件由于机械应力而损坏之虞。但 如上所述，因为引线等的连接工时减少了，所以便能够减少该连接 工序下对压电元件的破坏。
而且，因为能够使引线和外部电极的连接点减少，所以可靠性 也提高。
而且，因为第一连接电极和第二连接电极分别被设置在压电体层 的长边方向中央部分的除了短边方向两个边缘部分以外的部分上， 所以能够使由于一次模式的伸缩振动产生的应力集中的应力集中部 的电极的面积增大。这样一来，即使在使压电元件小型化的情况下， 也能够实现很大的伸缩振动。
除此以外，根据所述结构，第一供电电极层和第二供电电极层 形成在由振动产生的应力集中的应力集中部，不形成在该应力集中 部以外的对振动不太做贡献的部分。这样一来，就能够使不太产生 由振动带来的应力的部分的功耗下降。 附图的筒单说明
图1是本发明实施例所涉及的超声波执行机构的立体图。 图2是压电元件的立体图。 图3是压电元件的分解立体图。 图4是压电体层的俯视图。图5(a)是显示第一供电电极层和共用电极层的位置关系的图， 图5 (b)是显示第二供电电极层和共用电极层的位置关系的图。图6是压电元件的变形例的分解立体图。图7是显示压电元件的动作的概念图。图8是一次模式的伸缩振动的位移图。图9是二次模式的弯曲振动的位移图。图IO是超声波执行机构的变形例的立体图。图IO是第二个实施例所涉及的压电元件的分解立体图。图11 (a)是压电元件的立体图，图11 (b)是压电元件的分 解立体图。图12是超声波执行机构的变形例的立体图。 图13是超声波执行机构的立体图。图14 (a)是压电元件的立体图，图14 (b)是压电元件的分 解立体图。 符号说明
1 压电体层 2a '2d分割电极2e第一连接电极2f引出电极3共用电极层4a '4d分割电极4e第二连接电极4f引出电极5内部电极层6供电电极层6a第一供电电极层6b第二供电电极层7a '7d外4卩电极7g共用电极用外部电极8驱动子9可动体10引线11壳体12、23、43 压电元i牛13a 13c 支承部具体实施方式
下面，参考附图，详细说明本发明的实施例。
(第一个实施例)一超声波执行机构的构成一图1是该第一个实施例所涉及的超声波执行机构的立体图。图 2是用于该超声波执行机构的压电元件12的立体图。图3是压电元 件12的分解立体图。图4是压电体层1的俯视图。图5 (a)是显 示第一供电电极层6a和共用电极层3之间的位置关系的图，图5 (b)是显示第二供电电极层6b和共用电极层3之间的位置关系的 图。
如图1到图3所示，超声波执行机构包括压电元件12。该压电
元件12具有相互相向的一对主要面、与该主要面垂直沿着压电 元件12的主要面的长边方向延伸且相互相向的一对端面、以及与 这些主要面和端面都垂直且沿着压电元件12的主要面的短边方向 延伸、互相相向的一对侧面。主要面、端面以及侧面构成压电元件 12的外面，端面和侧面构成压电元件12的周围面。在该实施例中， 主要面、端面以及侧面中主要面具有最大的面积。
压电元件12，借助三个支承部13a 13c被收纳在壳体11 (支 承体)中。压电元件12的一个端面上设置有驱动子8、 8，这些驱 动子8、 8支承着平板状的可动体9。压电元件12的另 一个端面(与 设置有驱动子8、 8的端面相反的那一侧的端面)的支承体13b将 驱动子8、 8挤压到可动体9上。这样一来，驱动子8、 8的上端部 和可动体9的摩擦力便被提高，压电元件12的振动经由驱动子8、 8可靠地传递给可动体9。
压电元件12，是近似矩形形状的压电体层1和内部电极层5交 替着叠层而构成的近似长方体形状。该压电体层l是由锆钛酸铅等 陶瓷材料制成的绝缘体层。内部电极层5由在叠层方向(压电元件 12的厚度方向)上夹着压电体层1交替着布置的共用电极层3和供 电电极层6构成。该共用电极层3具有设置在几乎整个压电体层1 的上侧主要面上的近似矩形的共用电极3a。该共用电极3a设置有 从该长边方向中央部分朝着压电元件12的两个端面分別延伸的引 出电极3b、3b。不同的压电体层1上的共用电极3a和共用电极3a， 经由引出电极3b在共用电极用外部电极7g相连接。该外部电极 7g分别设置在压电元件12的两个端面上。
供电电极层6，由设置在压电体层1的上侧主要面上的第一供 电电极层6a、和与上侧主要面上设置有第一供电电极层6a的压电 体层1不同的压电体层1的上侧主要面上的第二供电电极层6b构 成。也就是说，压电体层1的主要面上印刷有共用电极层3、第一 供电电极层6a、第二供电电极层6b中的任一个层。而且，如图3 的箭头方向所示，压电体层1从第一供电电极层6a或者第二供电 电极层6b —侧朝着共用电极层3 —侧极化。 第一供电电极层6a具有四个分割电极2a 2d和第一连接电极 2e，四个分割电极2a 2d分别形成在将压电体层1的上侧主要面的 长边方向L和短边方向S分别二等分而得到的四个区域A1 A4(参 看图4)中，第一连接电极2e将四个分割电极2a 2d中分別形成 在沿压电体层1的上侧主要面的第一对角线方向Dl相向的两个区 域A2、 A4中的一对分割电极2b、 2d连接起来。 各个分割电极2a 2d是近似矩形形状的电极，从叠层方向看去 与共用电极层3重叠(参看图5 (a))。也就是说，各个分割电极 2a 2d夹着共用电极层3和压电体层1相向。各个分割电极2a 2d 上设置有从它的长边方向中央部位朝着压电元件12的端面延伸的 引出电极2f。该各个引出电极2f从叠层方向看去不与共用电极层3 重叠(参看图5 (a))。也就是说，该各个引出电极2f与共用电极 层3不相向。因此，在压电体层1的与各个引出电极2f相向的部 分不产生电场。亦即这部分成为压电上的非活性部分割电极2a 2d 分别经由引出电极2f连接在外部电极7a 7d上。外部电极7c、 7d 设置在压电元件12的一个端面上，外部电极7a、 7b i殳置在压电元 件12的另一个端面上。 第一连接电极2e，跨越压电体层1的长边方向中央部位除了短 边方向两个边缘部分以外的部分几乎整个上侧主要面而形成，且从 叠层方向看去与共用电极层3重叠(参看图5 (a))。 第二供电电极层6b具有四个分割电极4a 4d和第二连接电极 4e，四个分割电极4a 4d分别形成在将压电体层1的上侧主要面的 长边方向L和短边方向S分别二等分而得到的四个区域A1 A4中， 第二连接电极4e将该四个分割电极2a 2d中分别形成在沿压电体 层1的上侧主要面的第二对角线方向D2相向的两个区域Al、 A3 中的一对分割电极4a、 4c连接起来。 各个分割电极4a 4d是近似矩形形状的电极，从叠层方向看去 与共用电极层3重叠(参看图5 (b))。各个分割电极4a 4d上设 置有从它的长边方向中央部位朝着压电元件12的端面延伸的引出 电极4f。该各个引出电极4f从叠层方向看去不与共用电极层3重
叠(参看图5 (b))。也就是说，该各个引出电极4f与共用电极层 3不相向。因此，在压电体层1的与各个引出电极4f相向的部分不 产生电场。亦即这部分成为压电上的非活性部分割电极4a 4d分别 经由引出电极4f连接在外部电极7a 7d上。这样一来，第一供电 电极层6a和第二供电电极层6b的相互相向的分割电极2a 2d之 间、4a 4d之间便分别由外部电极7a 7d连接起来。 第二连接电极4e，跨越压电体层1的长边方向中央部位短边方 向两个边缘部分以外的部分几乎整个上側主要面而形成，且从叠层 方向看去与共用电极层3重叠(参看图5 (b))。 如上所述，第一供电电极层6a的分割电极2b、 2d由第一连接 电极2e相互连接在一起。第一供电电极层6a的分割电极2b经由 外部电极7b连接在第二供电电极层6b的形成在所述两个区域A2、 A4中的一个区域A2的分割电极4b上，第一供电电极层6a的分 割电极2d经由外部电极7d连接在第二供电电极层6b的形成在所 述两个区域A2、 A4中的另一个区域A4的分割电极4d上。也就是 说，与第一供电电极层6a的分割电极2b、 2d不同的压电体层1上 的第二供电电极层6b的分割电极4b、 4d相亙间利用外部电极7b、 7d连接在一起。这样一来，第一供电电极层6a的分割电极2b、 2d 和第二供电电极层6b的分割电极4b、 4d的电位就相同了 。 如上所述，第二供电电极层6b的分割电极4a、 4c由第二连接 电极4e相互连接在一起。第二供电电极层6b的分割电极4a经由 外部电极7a连接在第一供电电极层6a的形成在所述两个区域Al、 A3中的一个区域Al的分割电极2a上，第二供电电极层6b的分 割电极4c经由外部电极7c连接在第一供电电极层6a的形成在所 述两个区域A1、 A3中的另一个区域A3的分割电极2c上。也就是 说，与第一供电电极层6a的分割电极2b、 2d不同的压电体层1上 的第二供电电极层6b的分割电极4b、 4d相互间利用外部电极7b、 7d连接在一起。这样一来，第一供电电极层6a的分割电极2a、 2c 和第二供电电极层6b的分割电极4a、 4c的电位就相同了 。
引线10通过焊料连接在各个外部电极7a、 7b、 7g上。于是，
用以使压电元件12振动的电压通过该引线IO施加在内部电极层5 上。 但是，压电元件12的伸缩振动的共振频率和弯曲振动的共振 频率分别根据压电元件12的材料、形状等决定。于是，决定压电 元件100的材料、形状等要使得伸缩振动的共振频率和弯曲振动的 共振频率基本上一致。在该实施例中，决定压电元件12的材料、 形状等，使得 一 次模式的伸缩振动的共振频率和二次模式的弯曲振 动的共振频率基本上一致。 如上所述，需要在压电元件12各个端面上两个地方共计四个 地方形成外部电极7a 7d。但是，因为与引线10连接的仅仅是压 电元件12 —个端面上的外部电极7也无妨，所以压电元件12和引 线10的连接处共计三个地方，分別是，外部电极7a、 7c中之一与 引线10的一个连接处(在该实施例中是外部电极7a和引线10a的 连接处)、外部电极7b、 7d中之一与引线10的一个连接处(在该 实施例中是外部电极7b和引线10b的连接处)，加起来是两个地方， 还有共用电极用外部电极7g与引线10g的一个连接处，合计是三 个地方。这样一来，就能够将应该连接到外部电极7的引线10的 数量减少到3个。结果是，能够抑制对压电元件12的振动的妨碍， 从而能够抑制超声波执行机构的效率下降。 因为能够使引线10的连接工时减少，所以很容易制造超声波 执行机构。特别是，因为压电元件12的机械强度较弱，所以在将 引线10连接到外部电极7上之际，有压电元件12由于机械应力而 损坏之虞。但如上所述，因为引线10的连接工时减少了，所以便 能够减少该连接工序下对压电元件12的破坏。
还能够使引线10和外部电极7的连接点减少。这样一来，便 便能够抑制由于设置在该连接点上的焊料对振动的妨碍。再就是， 虽然从驱动超声波执行机构这一方面来看该连接点是重要的地方， 但因为容易受湿度、温度变化等外部环境的影响，所以通过使该连 接点减少，就能使超声波执行机构的可靠性提高。
为了高效地感应出二次模式的弯曲振动，最好是，分别布置在
压电体层1的上侧主要面的对角部分的一对电极的电位相同。这里，
如上所述，第一供电电极层6a的分割电极2b、 2d通过外部电极 7b、 7d与第二供电电极层6b的分割电极4b、 4d导通而达到电位 相同；第二供电电极层6b的分割电极4a、 4c通过外部电极7a、 7c与第一供电电极层6a的分割电极2a、 2c导通而达到电位相同。 结果是，能够使分别布置在压电体层1的上侧主要面的对角部分的 一对电4及全部电位相同。 外部电极7g分别形成在压电元件12的两个端面上。这样一来， 压电元件12的方向性就没有了 ，在将驱动子8、 8安装到压电元件 12上的时候，便不需要使其位置对齐了。结果是，超声波执行机构 的量产性提高。补充说明一下，可以让外部电极7g仅形成在压电 元件12的一个端面上。 除此以外，因为共用电极3a、第一供电电极层6a的分割电极 2a 2d以及第二供电电极层6b的分割电极4a 4d，分别经由引出 电极3b、 2f、 4f连接在外部电极7a 7d、 7g上，所以能够将共用 电极3a、第一供电电极层6a的分割电极2a 2d以及第二供电电极 层6b的分割电极4a 4d分别引出到压电元件12周围面的不同位 置上。结果是，能够在共用电极3a、第一供电电极层6a的分割电 极2a 2d以及第二供电电极层6b的分割电极4a 4d之间确保充分 的绝缘距离。这样一来，为了得到充分的绝缘距离，最好是，形成 电位不同的电极3a、 2a 2d、 4a 4d的引出电极3b、 2f、 4f时， 使它们之间保持压电体层1的厚度以上的间隔。
如上所述，因为共用电极3a、第一供电电极层6a的分割电极 2a 2d以及第二供电电极层6b的分割电极4a 4d，分別经由布置 在压电上的非活性部分的引出电极3b、 2f、 4f连接在外部电极 7a 7d、 7g上，所以压电元件12不会产生多余的振动。结果是， 压电元件12能够进行平衡良好的振动，该振动效率提高。 如上所述，因为使第一连接电极2e和第二连接电极4e分别形 成在压电体层1的长边方向中央部位的短边方向两个边缘部分以外 的部分，所以能够使压电体层1在长边方向中央部位的电极的面积
增大。这里，因为压电体层1的长边方向中央部分是一次模式的伸 缩振动的节点部分，也就是由伸缩振动带来的应力集中的应力集中 部，压电效果产生的电荷便集中在该应力集中部。于是，如上所述，
通过使该部分的电极的面积增大，则即使在使压电元件12小型化 的情况下，也能够感应出很大的伸缩振动。结果是，能够使超声波 执行机构的效率提高。
但是，第二连接电极4e和第二连接电极4e的电极面积越大， 所产生的伸缩振动就越大，然而若该电极面积过大，则会妨碍二次 模式的弯曲振动。因此，最好是，使第一连接电极2e和第二连接 电极4e的宽度在压电体层1的长边方向长度的5%到40%左右。 另一方面，理想情况是，第一连接电极2e和第二连接电极4e 跨越压电体层1的短边方向S基本上整个区域而形成，但若第一连 接电极2e和第二连接电极4e形成到压电体层1的短边方向边缘部 分，就难以进行内部电极层5间的绝缘。于是，如上所述，使第一 连接电极2e和第二连接电极4e形成在压电体层1的除去短边方向 两个边缘部分的部分上。具体而言，使第一连接电极2e和第二连 接电极4e形成在从压电体层1的短边方向各个边缘沿着该短边方 向中心进入压电体层1的厚度方向长度的区域以外的区域。
下面，对供电电极层6等进行详细的说明。 第一供电电极层6a的分割电极2a 2d和第二供电电极层6b 的分割电极4a 4d，形成在压电体层1的除去长边方向两个边缘部 分的部分。补充说明一下，这些分割电极2a 2d、分割电极4a 4d、 所述连接电极2e、 4e,叫做从叠层方向看去与共用电极3a重叠的 部分(参考图5)。也就是说，供电电极层6中从叠层方向上看去不 与共用电极3a重叠的部分，不是分割电极2a 2d、 4a 4d、连接 电极2e、 4e，是引出电极2f、 4f。 但是，压电体层1的长边方向两端部远离一次模式的伸缩振动 的应力集中部很远，不太产生应力。若在不太产生应力的那个区域 形成电极，则通过那个电极供来的电力便不能被高效地转换为振动， 而容易产生电气损失。因此，为了将供来的电力高效地转换为振动，
如上所述，在伸缩振动的应力集中部及其附近形成电极，而在不太 产生应力以外的部分不形成电极。具体而言，最好是，在从压电体 层1的长边方向各个边缘朝着长边方向中心进入长度相当于压电体 层1的长边方向长度的10%的区域以外的区域，形成第一供电电极层6a的分割电极2a 2d和第二供电电极层6b的分割电极4a 4d。 若在进入长度相当于长边方向长度的20%的区域以外的区域形成 第一供电电极层6a的分割电极2a 2d和第二供电电极层6b的分 割电极4a 4d，就更理想了。这样一来，便能感应出更大的一次模 式的伸缩振动，从而使超声波执行机构的效率提高。
第一供电电极层6a的分割电极2a 2d、第二供电电极层6b的 分割电极4a 4d，形成在压电体层1的除了短边方向中央部分以外 的部分。
但是，压电体层1的短边方向中央部分远离由于二次模式的弯 曲振动而产生的应力集中的应力集中部(压电体层1的短边方向两 个边缘部分)，不太产生应力。若在不太产生应力的那个区域形成电 极，则通过那个电极供来的电力便不能被高效地转换为振动，而容 易产生电气损失。因此，为了将供来的电力高效地转换为振动，如 上所述，在弯曲振动的应力集中部及其附近形成电极，而在不太产 生应力以外的部分不形成电极。具体而言，最好是，在从压电体层 1的短边方向中央朝着短边方向各个边缘进入长度相当于压电体层 1的短边方向长度的10%的区域以外的区域，形成第一供电电极层 6a的分割电极2a 2d和第二供电电极层6b的分割电极4a 4d。若 在进入长度相当于短边方向长度的20%的区域以外的区域形成第 一供电电极层6a的分割电极2a 2d和第二供电电极层6b的分割 电极4a 4d，就更理想了。这样一来，便能感应出更大的二次模式 的弯曲振动，从而使超声波执行机构的效率提高。
第 一供电电极层6a的分割电极2a 2d和第 一连接电极2e所呈 的形状是相对沿着压电体层1的上侧主要面的中心点M(参看图4) 为点对称的形状。第二供电电极层6b的分割电极4a 4d和第二连 接电极4e所呈的形状是相对压电体层1的上侧主要面的中心点M 为点对称的形状。也就是说，引出电极2f以外的第一供电电极层 6a的形状和引出电极4f以外的第二供电电极层6b的形状，分别是 相对压电元件12的上侧主要面的第一对角线和第二对角线的交点 成为点对称的形状。这样一来，通过使供电电极层6的形状成为相 对压电体层1的上侧主要面的中心点M是近似点对称的形状，压电 元件12的振动特别是二次模式的弯曲振动的对称性就提高了 。这 样一来，压电元件12就不会产生多余的振动，能量损失被大幅度 地减少。结果是，能够将供电电力高效地转换为振动。
第 一供电电极层6a的分割电极2a 2d和第 一连接电极2e所呈 的形状、以及第二供电电极层6b的分割电极4a 4d和第二连接电 极4e所呈的形状，是相对压电体层1的上侧主要面的长边方向L 延伸的中心线C (参看图4)相互颠倒过来后的形状。也就是说， 相对中心线C将引出电极2f以外的第一供电电极层6a的形状颠倒 过来后的形状，就是引出电极4f以外的第二供电电极层6b的形状。 这样一来，通过使第一供电电极层6a的形状和第二供电电极层6b 的形状成为相对该中心线C大致颠倒过来后的形状后，压电元件 12的振动特别是二次模式弯曲振动的对称性就提高。结果是，压电 元件12就不会产生多余的振动，能量损失大幅度地减少。结果是， 能够将供电电力高效地转换为振动。
压电元件12的叠层方向最外层是压电体层1。由此能收到以下 效果。也就是说，在将小型超声波执行机构(例如长度lmm 20mm 左右)安装到电子机器内部的非常小的空间内的情况下，若压电元 件12最外层是共用电极层3或者供电电极层6，则在压电元件12 主要面周围的金属部件接触到压电元件12的主要面的时候，有该 最外层的电极层发生短路，超声波执行机构的特性明显下降的情况。 这里，如上所述，通过使压电元件12叠层方向最外层成为是绝缘 体的压电体层1，则即使金属部件接触压电元件12的主要面，也不 会发生短路。结果是，能够使超声波执行机构的可靠性提高。
—超声波执行机构的动作一下面，对超声波执行机构的动作进行说明。图6是该实施例所 涉及的一次模式的伸缩振动的位移图。图7是二次模式的弯曲振动 的位移图。图8是显示压电元件12的动作的概念图。补充说明一 下，在图6到图8中，压电元件12的主要面和紙面的位置关系是 平行的位置关系。
例如，若经由引线10将与所述基本上一致的共振频率附近的 频率的正弦波基准电压加到共用电极层3和第一供电电极层6a之 间，经由引线IO将相位与基准交流电压相差90°或者是一90°、大 小和频率基本上与基准交流电压相等的基准交流电压加在共用电极 层3和第二供电电极层6b之间，则压电元件12会协调地感应出图 6所示的一次模式的伸缩振动和图7所示的二次模式的弯曲振动。
这样一来，压电元件12的形状便按照图8 (a)到图8 (d)所 示的顺序变化。结果是，设置在压电元件12上的驱动子8、 8，进 行从贯穿图8纸面的方向看近似椭圓运动。也就是说，驱动子8、 8 由于压电元件12的伸缩振动和弯曲振动的合成振动而进行椭圆运 动。在该椭圆运动的作用下由驱动子8、 8支承的可动体9在与压 电元件12之间进行相对运动，朝着图1所示的箭头A或者箭头B 的方向移动。
这里，伸缩振动的伸缩方向是压电元件12的主要面的长边方 向，也就是说，是可动体9的可动方向。弯曲振动的振动方向是驱 动子8、 8支承可动体9的方向。压电元件12的叠层方向是与伸缩 振动的振动方向和弯曲振动的振动方向这两个方向都垂直的方向。
(其它实施例)在所迷实施例中，如图3所示，供电电极层6可以是在叠层方 向上将第一供电电极层6a或第二供电电极层6b连续叠层几层后而 形成，或者是第一供电电极层6a和第二供电电极层6b随意地叠层 而形成。但最好是，如图9所示，笫一供电电极层6a的层数和第 二供电电极层6b的层数相等，供电电极层6由第一供电电极层6a 和第二供电电极层6b在叠层方向上交替着叠层而形成。
第一供电电极层6a的个数和第二供电电极层6b的个数相等。 这样一来，压电元件12的振动对称性就提高。这样做以后，压电 元件12就不会产生多余的振动，能量损失大幅度地减少。结果是， 能够将供电电力高效地转换为振动。
供电电极层6是通过在叠层方向上交替地布置第一供电电极层 6a和第二供电电极层6b而形成的。因此，压电元件12的连接电 极2e、 4e布置部分的振动的对称性提高。结果是，压电元件12就 不会产生多余的振动，能量损失大幅度地减少。结果是，能够将供 电电力高效地转换为振动。
在所述各个实施例中，最好是《又在压电元件12的周围面形成 外部电极7，而不在压电元件12的主要面形成外部电极7。在这一 情况下，因为在压电元件12外面中面积最大的主要面上不形成外 部电极7，所以即使与周围的金属部件接触，也难以发生短路。而 且，因为在外部电极7和共用电极层3之间不产生电场，所以压电 元件12不会产生多余的振动，从而能够抑制超声波执行机构的效 率下降。
在所述实施例中，使分割电极2a 2d、 4a 4d为近似矩形的电 极，但并不限于此，例如可以使分割电极2a 2d、 4a 4d为对应于 由振动带来的应力分布的形状。
在所述各个实施例中，说明的是利用焊料将引线10连接到外 部电极7的情况，不仅如此，还可以利用以下其它的电气连接方法。 例如，通过线焊的连接、由导电性粘接剂的连接、利用压力接合的 连接、利用接触的连接等。这样做，能够收到与所述各个实施例一 样的效果。
在所述实施例中，说明的是用引线10供电的情况，还可以利 用其它的供电方法。例如，用导电性椽胶供电、用柔性基板供电、 用接触针供电等。这样做，也能收到也所述实施例一样的效果。
以下说明用导电性橡胶供电的一个例子。如图10、图ll所示， 各个支承部13a、 13b、 13c，由将硅橡胶中混入金属粒子所得到的 导电性椽胶构成。第一供电电极层6a的区域A4 (参看图4)的分 割电极2d上设置有从该分割电极2d朝着压电元件43的侧面延伸 的引出电极2g。第二供电电极层6b的区域A3 (参看图4)的分割
电极4c上设置有从该分割电极4c朝着压电元件43的侧面延伸的 引出电极4g。压电元件43的两个侧面上分别设置有外部电极7e、 7f。共用电极3a经由外部电极7g连接在支承部13b上。第一供电 电极层6a的分割电极2b、2d和第二供电电极层6b的分割电极4b、 4d，经由引出电极2g和外部电极7e连接在支承部13c上。第一供 电电极层6a的分割电极2a、 2c和第二供电电极层6b的分割电极 4a、 4c，经由引出电极4g和外部电极7f连接在支承部13a上。于 是，电压通过这些支承部13a 13c等施加到内部电极层5上。其它 方面的情况基本上和第三个实施例一样。如上所述，因为不需要在 压电元件43上设置焊料，所以能够抑制由振动引起的应力集中在 设置有焊料的压电元件43的部位，压电元件43破裂。
在所述实施例中，靠超声波执行机构的驱动力而被驱动的可动 体9是平板形状，但并不限于此，可以采用任意的构成作为可动体 9的构成。可以是如图12所示的结构，可动体是一个能够围绕规定 的X轴旋转的圆板体9，超声波执行机构的驱动子8、 8与该圓板 体9的侧周面9a接触。在这样的结构的情况下，若驱动超声波执 行机构，则该圓板体9由于驱动子8、 8所进行的近似椭圓运动围 绕着规定的X轴转动。
在所述各个实施例中，说明的是将驱动子8、 8设置在压电元 件12的一个端面上的情况，不仅如此，还可以使驱动子8、 8形成 在压电元件12的一个侧面上。在该情况下， 一次模式的伸缩振动 的伸縮方向成为驱动子8、 8支承可动体9的方向，二次模式的弯 曲振动的振动方向成为可动体9的可动方向。
在所述实施例中，用壳体ll构成支承体，不仅如此，只要是支 承压电元件12的支承部，任何结构都可以。 工业实用性
综上所述，本发明，通过在供电电极层的构成上下工夫，抑制 了对压电元件的振动的妨碍，对用于各种电子设备等的超声波执行 机构等很有用。
权利要求
1. 一种压电元件，由近似矩形形状的压电体层和内部电极层交替叠层而构成，其特征在于所述内部电极层，由在叠层方向上夹着所述压电体层交替布置的共用电极层和供电电极层构成，所述共用电极层具有共用电极，所述供电电极层，具有被设置在所述压电体层的主要面上的第一供电电极层、和被设置在与主要面上设置有该第一供电电极层的压电体层不同的压电体层的主要面上的第二供电电极层，所述第一供电电极层具有四个分割电极和第一连接电极，该四个分割电极分别形成在将所述压电体层的主要面的长边方向和短边方向分别二等分后得到的四个区域中，该第一连接电极将该四个分割电极中分别形成在沿所述压电体层的主要面的第一对角线方向相向的两个区域中的一对分割电极相互连接起来，所述第二供电电极层具有四个分割电极和第二连接电极，该四个分割电极分别设置在所述四个区域中，该第二连接电极将该四个分割电极中分别设置在沿所述压电体层的主要面的第二对角线方向相向的两个区域中的一对分割电极相互连接起来，所述第一连接电极和所述第二连接电极，分别设置在所述压电体层的长边方向中央部分中短边方向两个边缘部分以外的部分，所述共用电极连接在设置在所述压电元件外面的外部电极上，所述第一供电电极层中的分别设置在沿所述第一对角线方向相向的两个区域的一对分割电极与所述第二供电电极层中的分别设置在沿所述第一对角线方向相向的两个区域的一对分割电极，由设置在所述压电体层外面的外部电极连接在一起。所述第一供电电极层中的分别设置在沿所述第二对角线方向相向的两个区域的一对分割电极与所述第二供电电极层中的分别设置在沿所述第二对角线方向相向的两个区域的一对分割电极，由设置在所述压电体层外面的外部电极连接在一起。
2. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于引出电极分別设置在共用电极、第一供电电极层的分割电极以及第二 供电电极层的分割电极上，所述引出电极连接在所述外部电极上。
3. 根据权利要求2所述的压电元件，其特征在于 从叠层方向上看，共用电极层和第一供电电极层的引出电极以及第二供电电极层的引出电极不重叠。
4. 根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于分割电极，被设置在所述压电体层中的长边方向两个边缘部分以外的 部分上。
5. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于上。
6. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于供电电极层的分割电极和连接电极所呈的形状，是相对所述压电体层 的主要面的中心点为点对称的形状。
7. 根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于 第一供电电极层的分割电极及第一连接电极所呈的形状和第二供电电极层的分割电极及第二连接电极所呈的形状，是相对沿着所述压电体层的 主要面的长边方向延伸的中心线相互颠倒过来的形状。
8. 根据权利要求1所述的超声波执行机构，其特征在于 第一供电电极层的层数和第二供电电极层的层数相等。
9. 根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于供电电极层，是所述第一供电电极层和所述第二供电电极层在叠层方 向上交替布置而构成。
10. 根据权利要求1所迷的压电元件，其特征在于 压电元件在叠层方向上的最外层是所迷压电体层。
11. 根据权利要求1所迷的压电元件，其特征在于外部电极，仅被设置在由所述压电元件的端面和侧面构成的周围面上。
12. —种超声波执行机构，其特征在于包括权利要求1所述的压电元件、设置在所述压电元件的端面或者 侧面的驱动子以及由所述驱动子支承的可动体，向所述内部电极层供电，来让所述压电元件进行合成了一次模式的伸 缩振动和二次模式的弯曲振动的振动，让所述驱动子在该振动的带动下进行近似于椭圆的运动，从而让所述可动体在与所述压电元件之间做相对运 动。
13. 根据权利要求12所述的超声波执行机构，其特征在于 进一步包括具有支承压电元件的支承部的支承体，所述支承部由导电性椽胶制成。
全文摘要
内部电极层(5)由在叠层方向上夹着压电体层(1)交替布置的共用电极层(3)和供电电极层(6)构成。共用电极层(3)具有共用电极(3a)。供电电极层(6)由第一供电电极层(6a)和第二供电电极层(6b)构成。第一供电电极层(6a)具有四个分割电极(2a～2d)和将分割电极(2b、2d)连接起来的第一连接电极(2e)。第二供电电极层(6b)具有四个分割电极(4a～4d)和将分割电极(4b、4d)连接起来的第二连接电极(4e)。第一连接电极(2e)和第二连接电极(4e)分别设置在所述压电体层的长边方向中央部分中短边方向两个边缘部分以外的部分。共用电极(3a)连接在外部电极(7g)上。第一供电电极层(6a)的分割电极(2b、2d)和第二供电电极层(6b)的分割电极(4b、4d)由外部电极(7b、7d)连接起来。第一供电电极层(6a)的分割电极(2a、2c)和第二供电电极层(6b)的分割电极(4a、4c)由外部电极(7a、7c)连接起来。
文档编号H02N2/00GK101213734SQ200780000059
公开日2008年7月2日 申请日期2007年1月29日 优先权日2006年2月7日
发明者足立祐介 申请人:松下电器产业株式会社