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晶体 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1: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16是该超声波执行机构的立体图，图17 (a)是用于超声波执行机构的压电元件的立体图，图17 (b)是压电元件的分解立体图。
如图16、图17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、 lOO支承可动体lll。驱动子110、 110被支承部104B挤压到可动体111上。
压电晶体101和内部电极102交替着叠层构成压电元件100。内部电极102G是跨越压电晶体101的几乎整个主要面而设的共用电极(接地电极)。压电晶体101在图17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、跳上。
但是，压电元件100的后述伸縮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 使得伸縮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 加到布置在压电晶体101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IOO 会感应出一次模式伸縮振动。另一方面，当该相位差是180。的时候，如图7所示， 压电元件100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°或者是一90。、大小和频率基本上 与基准电压相等的正弦波电压施加给内部电极102B、 102D，则压电元件100协调地 感应出一次模式的伸縮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，从贯穿图8纸面的方向 看被设置在压电元件100上的驱动子110、 110进行近似于椭圆的运动。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圆 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、跳、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。
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。
为达成该目的，本发明的压电元件是这样的，该压电元件由近似矩形形状的压 电晶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 述压电晶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晶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晶体层不同的压电晶体 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一对第一电极，该一对 第一电极分别形成在将所述压电晶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在所述压电晶体层的主要面的第一对角线方向上相向的两 个区域中且相互导通。所述第二供电电极层具有一对第二电极，该一对第二电极分 别形成在所述四个区域中在所述压电晶体层的主要面的第二对角线方向上相向的 两个区域中且相互导通。所述共用电极、所述第一电极以及所述第二电极，连接在 设置在所述压电元件的外面的各个外部电极上。 发明的效果
根据本发明，使分别设置在将压电晶体层的主要面的长边方向和短边方向分别二等分启得到的四个区域中在压电晶体层的主要面的第一对角线方向上相向的两 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在 压电晶体层的主要面的第二对角线方向上相向的两个区域中、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。
本发明的超声波执行机构，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。


图1是本发明第一个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是压电晶体层的俯视图。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是一次模式的伸縮振动的位移图。 图7是二次模式的弯曲振动的位移图。 图8是显示压电元件的动作的概念图。 图9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)是第三个实施例所涉及的压电元件的立体图，图11 (b)是压电元 件的分解立体图。图12是压电元件的分解立体图。图13是超声波执行机构的变形例的立体图。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。 图15是超声波执行机构的变形例的立体图。 图16是超声波执行机构的立体图。图17 (a)是压电元件的立体图，图17 (b)是压电元件的分解立体图。符号说明1压电晶体层2第一电极3共用电极层3a共用电极4第二电极5内部电极6供电电极层6a第一供电电极层6b第二供电电极层7外部电极7a 第二电极用外部电极 7b 第一电极用外部电极 7g 共用电极用外部电极8 驱动子9 可动体10 引线11 壳体(支承体)12、 21、 23、 33、 43 压电元件13a 13c 支承部22 第一侧部电极24 第二侧部电极具体实施方式
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 电晶体层l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晶体层1和内部电极层5交替着叠层而构 成的近似长方体形状。该压电晶体层1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)上夹着压电晶体层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 压电晶体层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的两个端面分别延伸的引出电极3b、 3b。
供电电极层6，由设置在压电晶体层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的压电晶体层1不同的压电晶体层1 的上侧主要面上的第二供电电极层6b构成。也就是说，压电晶体层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，压电晶体层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具有一对第一电极2、 2，分别形成在将压电晶体层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A广A4 (参看图 4)中在压电晶体层1的上侧主要面的第一对角线方向(第一对角线的延伸方向) Dl上相向的两个区域A2、 A4中且经由导通电极2a相互导通。该各个第一电极2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，各个第一电极2，夹着共用电极层3和压电晶体层1相向。从叠层方向看去 导通电极2a也与共用电极层3重叠(参看图5 (a))。各个第一电极2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2b。该各个引出电 极2b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2b与共用电极层3不相向。因此，在压电晶体层1的与各个引出电极2b 相向的部分不产生电场。亦即这部分成为压电上非活性部分。
第二供电电极层6b具有一对第二电极4、 4，分别形成在将压电晶体层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中在压电 晶体层1的上侧主要面的第二对角线方向(第二对角线的延伸方向)D2上相向的两 个区域A1、 A3中且经由导通电极4a相互导通。该各个第二电极4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))。从叠层方向看去导 通电极4a也与共用电极层3重叠(参看图5 (b))。各个第二电极4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4b。该各个引出电极 4b从叠层方向看去不与共用电极层3重叠(参看图5 (b))。因此，在压电晶体层l 的与各个弓I出电极4b相向的部分不产生电场。
不同的压电晶体层l上的共用电极3a和共用电极3a,经由引出电极3b被共用 电极用外部电极7g连接起来。第一电极2、 2，经由引出电极2b连接在第一电极用 外部电极7b上。第二电极4、 4经由引出电极4b连接在第二电极用外部电极7a上。 该各个外部电极7a、 7b、 7g，跨越压电元件12的一个端面和一个主要面而设置， 延伸到压电元件12的振动节点部分附近。引线IO借助焊料连接在各个外部电极7a、 7b、 7g位于压电元件12的主要面上的部分。于是，用以使压电元件12振动的电压 便通过该引线10施加在内部电极层5上。这样一来，通过让各个外部电极7a、 7b、 7g跨越压电元件12的一个端面和一个主要面而形成，并延伸到压电元件12的振动 节点附近，就能抑制压电元件12和引线10的连接点对振动造成的不良影响。
但是，压电元件12的伸縮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，排列在对角线方向D1、 D2上的电极2、 4相互导通，由外部电极7g 将不同的压电晶体层1上的共用电极3a和共用电极3a连接起来，将压电晶体层1 上的第一电极2、 2连接到外部电极7b上，将压电晶体层1上的第二电极4、 4连 接到外部电极7a上。也就是说，只要设置共用电极用外部电极7g、第一电极用外 部电极7b以及第二电极用外部电极7a共计三个外部电极7即可。这样一来，便能 够使应该连接在外部电极7的引线10的个数减少。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。
在小型超声波执行机构(例如压电元件12的长度在0. liraiTlOiMi左右)中，若 在各个供电电极层6a、 6b形成电位不同的电极，则在电位不同的电极间的距离不 够充分就施加高电压的时候，有时侯，会在电位不同的电极间产生漏电流。若产生 漏电流，就会产生供电电力损失，超声波执行机构的功率就会下降。但是，通过将 使供电电极层6a、 6b成为上述结构，则各个供电电极6a、 6b上只形成电位相等的 电极。结果是，能够实现难以产生漏电流、小型且效率高的超声波执行机构。
除此以外，因为共用电极3a、第一电极2以及第二电极4，分别经由引出电极 3b、 2b、 4b连接在外部电极7g、 7b、 7a上，所以能够将共用电极3a、第一电极2 以及第二电极4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、第一电极2以及第二电极4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、 2、 4的引出电极3b、 2b、 4b时，使它们之间保持压电晶体层1的厚度以上的间隔。
如上所述，因为共用电极3a、第一电极2以及第二电极4，分别经由布置在压 电上非活性部分的引出电极3b、 2b、 4b连接在外部电极7g、 7b、 7a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。
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的第一电极2、 2和导通电极2a所呈的形状，是相对压电 晶体层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的第二电极4、 4和导通电极4a所呈的形状，是相对压电晶体层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2b以外的第一供电电极层6a的 形状和引出电极4b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晶体层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的第一电极2、 2和导通电极2a所呈的形状、以及第一供 电电极层6a的第一电极2、 2和导通电极2a所呈的形状，是相对沿着压电晶体层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2b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4b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。
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的导通电极2a、 4a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。
压电元件12的叠层方向最外层是压电晶体层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#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晶体层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 的伸縮振动的位移图。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的主要面和纸 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10将相位与基准交 流电压相差90。或者是一9(T 、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縮振动和图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，进行从贯穿图8纸面的方向看去被设置在压电元件12上的驱动子8、 8进 行近似于椭圆的运动。也就是说，驱动子8、 8由于压电元件12的伸縮振动和弯曲 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。〔0044] 这里，伸縮振动的伸縮方向是压电元件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的叠层方向是与伸縮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。
补充说明一下，让外部电极7a、 7b、 7g跨越压电元件12的一个端面和一个主 要面而形成，不仅如此，如图9所示，仅形成在压电元件12的端面也是可以的。
(第二个实施例)该第二个实施例与第一个实施例的不同之处，是供电电极层6的构成不同。图 10是该第二个实施例所涉及的压电元件21的分解立体图。
如图10所示，第一供电电极层6a，除了具有一对第一电极2、 2以夕卜，还具有 设置于在所述第二对角线方向D2上相向的两个区域Al、 A3中之一 Al的第一侧部 电极22。该第一侧部电极22是近似矩形的电极，从叠层方向看去与共用电极层3 重叠。第一侧部电极22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22a。该引出电极22a从叠层方向看去不与共用电极层3重叠。因 此，在压电晶体层1的与引出电极22a相向的部分不产生电场。 第二供电电极层6b，除了具有一对第二电极4、 4以外，还具有被设置于在所 述第一对角线方向D,l上相向的两个区域A2、 A4中之一A2的第二侧部电极24。该 第二侧部电极24是近似矩形的电极，从叠层方向看去与共用电极层3重叠。第二 侧部电极24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24a。该引出电极24a从叠层方向看去不与共用电极层3重叠。因此，在压电 晶体层1的与引出电极24a相向的部分不产生电场。
第一电极2、 2和第二侧部电极24经由引出电极2b、 24a被第一电极用外部电 极7b连接在一起，第二电极4、 4和第一侧部电极22经由引出电极4b、 22a在第 二电极用7a相连接。该各个外部电极7a、 7b分别设置在压电元件21的两个端面。 外部电极7g也分别设置在压电元件21的两个端面。
如上所述，通过在供电电极层6进一步设置侧部电极22、 24,则能够使电极面 积增大。这样一来，便能够使压电元件21的位移增大，从而能够使超声波执行机 构的效率上升。
补充说明一下，在该实施例中，可以将第一侧部电极22和第二侧部电极24布 置成相对沿着压电晶体层1的上侧主要面的长边方向L延伸的中心线C大致左右对 称的样子。在该情况下，第一供电电极层6a的第一电极2、 2、导通电极2a以及第 一侧部电极22所呈的形状与第二供电电极层6b的第二电极4、 4、导通电极4a与 第二侧部电极24所呈的形状，成为相对沿着压电晶体层1的上侧主要面的长边方 向L延伸的中心线C相互颠倒过来的形状。
(第三个实施例)该第三个实施例与第一个实施例、第二个实施例的不同之处，在于供电电极 层6的构成不同。图ll (a)是压电元件23的分解立体图，图ll (b)是压电元件 23的分解立体图。
如图11所示，第一供电电极层6a除了具有一对第一电极2、 2以外，还具有 分别被设置于在所述第二对角线方向D2上相向的两个区域A1、 A3中的一对第一侧 部电极22。
第二供电电极层6b除了具有一对第二电极4、 4以外，还具有分别被设置于在所述第一对角线D1方向上相向的两个区域A2、 A4中的一对第二侧部电极24。
这样一来，通过在供电电极层6进一步设置侧部电极22、 24，则能够使电极面 积增大。这样一来，便能够使压电元件23的位移增大，从而能够使超声波执行机 构的效率上升。
为了有效地感应出二次模式的弯曲振动，最好是，分别设置在压电晶体层l的 上侧主要面的对角部分的一对电极电位相同。这里，如图11所示，与第一电极2、 2不同的压电晶体层1上的第二侧部电极24、 24，由分别设置在压电元件21的两 个端面的外部电极7b、 7b连接在一起，不同压电晶体层1上的第二电极4、 4与第 一侧部电极22、 22由分别设置在压电元件21的两个端面的外部电极7a、 7a连接 在一起。也就是说，第一供电电极层6a和第二供电电极层6b的相互相向的电极 2a~2d、 4a 4d，分别由外部电极7a、 7b连接在一起。这样一来，第一电极2便经 由外部电极7b与第二侧部电极24导通而成为相同的电位，第二电极4便经由外部 电极7a与第一侧部电极22导通而成为相同的电位。结果是，能够使分别设置在压 电晶体层1的上侧主要面的对角部分的一对电极全部成为相同的电位。在该情况下， 如上所述，需要压电元件23的各个端面上的两个地方共计四个地方形成外部电极 7a、 7b。但是，因为与引线10连接的，仅仅是压电元件23—个端面上的外部电极 7a、 7b也无妨，所以压电元件23和引线10的连接处，就是外部电极7a、 7b与引 线10的连接处各一个共计两个和共用电极用外部电极7g与引线10的一个连接处， 共计三个。
外部电极7g分别形成在压电元件23的两个端面上。这样一来，压电元件23 的方向性就没有了，在将驱动子8、 8安装到压电元件23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23的一个端面上。
第一供电电极层6a的第一电极2、 2、导通电极2a以及第一侧部电极22、 22 所呈的形状与第二供电电极层6b的第二电极4、 4、导通电极4a以及第二侧部电极 24、 24所呈的形状，是分别是相对设置有第一供电电极层6a、 6b的压电晶体层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2b以外的第一供 电电极层6a的形状和引出电极4b以外的第二供电电极层6b的形状，分别是相对 压电晶体层1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。
第一供电电极层6a的第一电极2、 2、导通电极2a以及第一侧部电极22、 22 所呈的形状、以及第二供电电极层6b的第二电极4， 4、导通电极4a以及第二侧部 电极24、 24所呈的形状，是相对沿着压电晶体层1的上侧主要面的长边方向L延 伸的中心线C颠倒过来的形状。也就是说，引出电极2b以外的第一供电电极层6a 的形状和引出电极4b以外的第二供电电极层6b的形状，是相对该中心线C相互颠 倒过来的形状。
如图11 (b)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12所示，第一供电电极层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。
(其它实施例)在所述各个实施例中，最好是仅在压电元件12、 21、 23、 33的周围面形成外 部电极7，而不在压电元件12、 21、 23、 33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、 21、 23、 33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、 21、 23、 33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，使第一电极2、第二电极4、第一侧部电极22以及第二侧部 电极24为近似矩形的电极，但并不限于此，例如可以使第一电极2、第二电极4、 第一侧部电极22以及第二侧部电极24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，用导电性橡胶供电、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13、图14所示，各个支承部 13a~13c，由将硅橡胶中混入金属粒子所得到的导电性橡胶构成。区域A4 (参看图 4)的第一电极2上设置有从该第一电极2朝着压电元件43的侧面延伸的引出电极
2c。区域A3 (参看图4)的第二电极4上设置有从该第二电极4朝着压电元件43 的侧面延伸的引出电极4c。压电元件43的两个侧面上分别设置有外部电极7c。共 用电极3a经由外部电极7g连接在支承部13b上。第一电极2、 2和第二侧部电极 24、 24，经由引出电极2c和外部电极7c连接在支承部13c上。第二电极4、 4和 第一侧部电极22、 22，经由引出电极4c和外部电极7c连接在支承部13a上。于是， 电压通过这些支承部13a、3c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15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与该圆板体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，则该圆板体9由于驱动子8、 8进行近似于椭圆的运动而围绕着规定的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、 21、 23、 33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、 21、 23、 33的一个侧面上。在该情况下， 一次模式的伸縮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、 21、 23、 33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晶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晶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晶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晶体层不同的压电晶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一对第一电极，该一对第一电极分别形成在将所述压电晶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在所述压电晶体层的主要面的第一对角线方向上相向的两个区域中且相互导通，所述第二供电电极层具有一对第二电极，该一对第二电极分别形成在所述四个区域中在所述压电晶体层的主要面的第二对角线方向上相向的两个区域中且相互导通，所述共用电极、所述第一电极以及所述第二电极，连接在设置在所述压电元件的外面的各个外部电极上。
2. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于第一供电电极层，除具有所述一对第一电极以外，还具有被设置于在所述第二对角线 方向上相向的两个区域之一的第一侧部电极，第二供电电极层，除具有所述一对第二电极以外，还具有被设置于在所述第一对角线 方向上相向的两个区域之一的第二侧部电极，所述第一电极和所述第二侧部电极由所述外部电极连接在一起，所述第二电极和所述第一侧部电极由所述外部电极连接在一起。
3. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于第一供电电极层，除具有所述一对第一电极以外，还具有分别被设置于在所述第二对 角线方向上相向的两个区域中的一对第一侧部电极，第二供电电极层，除具有所述一对第二电极以外，还具有分别被设置于在所述第一对 角线方向上相向的两个区域中的一对第二侧部电极， 所述第一电极和所述第二侧部电极由所述外部电极连接在一起， 所述第二电极和所述第一侧部电极由所述外部电极连接在一起。
4. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于-供电电极层的形状，是相对所述压电晶体层的主要面的中心点近似于点对称的形状。
5. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于第一供电电极层的形状和第二供电电极层的形状，是相对沿着所述压电晶体层的主要 面的长边方向延伸的中心线相互近似于颠倒过来的形状。
6. 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。
7. 根据权利要求l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后 而构成。
8. 根据权利要求l所述的压电元件，其特征在于 压电元件在叠层方向上的最外层是所述压电晶体层。
9. 根据权利要求l所述的压电元件，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。
10. —种超声波执行机构，其特征在于包括权利要求l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縮振动和二次模 式的弯曲振动的振动，让该振动带动所述驱动子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。
11. 根据权利要求10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橡胶制成。
全文摘要
内部电极层(5)由在叠层方向上夹着压电晶体层(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)具有一对第一电极(2、2)，分别形成在将压电晶体层(1)的主要面的长边方向(L)和短边方向(S)分别二等分后得到的四个区域(A1~A4)中在压电晶体层(1)的主要面的第一对角线方向(D1)上相向的两个区域(A2、A4)中且相互导通。第二供电电极层(6b)具有一对第二电极(4、4)，分别形成在四个区域(A1~A4)中在压电晶体层(1)的主要面的第二对角线方向(D2)上相向的两个区域(A1、A3)中且相互导通。共用电极(3a)、第一电极(2、2)以及第二电极(4、4)分别连接在各自的外部电极(7g、7b、7a)上。
文档编号H02N2/00GK101213733SQ200780000049
公开日2008年7月2日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年1月23日
发明者足立祐介 申请人:松下电器产业株式会社