JP2003009555A - 積層電気−機械エネルギー変換素子および振動波駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い信頼性を保ちつつ、搭載される振動波モー
タの性能の向上を図り、さらに製造コストの低減化が図
れる積層圧電素子を提供する。 【解決手段】電気−機械エネルギー変換機能を有する層
と電極材料の層とを交互に複数重ねて積層化すると共
に、前記電極材料の各層と電気的に導通する複数の外部
電極４を外周部に形成し、積層圧電部５と、前記複数の
外部電極４が形成された外周部の表面に設けられた回路
基板６とを有し、回路基板６は前記各外部電極４と電気
的にそれぞれ接触する配線部が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の圧電体を積
層した構成の積層圧電素子等の積層電気−機械エネルギ
ー変換素子および振動波駆動装置に係り、特に積層電気
−機械エネルギー変換素子における各層間の電極の接続
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来技術従来、電気−機械エネル
ギー変換機能を有する圧電材料は様々な圧電素子、圧電
装置として多種多様に用いられている。とりわけ最近の
傾向としてこれらの圧電素子、圧電装置は単一の板状の
圧電体を多数枚重ねて積層化した構造のものが使われて
きた。これは、積層化によって、単一の板状の圧電体の
みから構成される圧電素子と比べ、低い印加電圧で大き
な変形歪や大きな力が得られること、さらにシート成形
法と積層化の製造方法が一般化し、積層化する一層の厚
さを薄くすることができ、小型で高性能な圧電素子が容
易に得られることとなったためである。

【０００３】例えば振動波駆動装置としての振動波モー
タ、特に棒状に形成された振動波モータの振動体を構成
する積層電気−機械エネルギー変換素子としての積層圧
電素子としては、特開平6−77550号公報、特開平6−120
580号公報、特開平8−213664号公報等に開示され、その
他に振動ジャイロ用、圧電トランス用の積層圧電素子も
数多く提案されている。

【０００４】このような、種々の用途に使用される積層
圧電素子は、複数の圧電セラミックスからなる圧電材料
の層である圧電層と、各圧電層の表面に設けられた電極
材料で形成された電極層（以下内部電極とする）からな
っている。

【０００５】そして、前記各層間の内部電極を接続する
ための層間配線として、積層圧電素子の外部である外周
面または、積層圧電素子が円環形状に形成されているも
のにあっては外周面または内周面に設けた電極部（以下
外部電極とする）や、圧電層の層内に軸方向に沿って貫
通穴を設け、これに電極材料を埋め込んだスルーホール
（バイヤホール）を用いるのが一般的である。

【０００６】図５及び図６は、特開平8−213664号公報
に開示された棒状振動波モータの振動体に用いられる積
層圧電素子の分解斜視図と斜視図を示している。

【０００７】図５において、積層圧電素子１０を構成す
る複数の圧電層１２の表面に斜線で示す内部電極１３
（外周が圧電層１２の外周よりも内周側となるように
し、４分割に形成され、各内部電極は互いに非導通）が
設けられ、さらに圧電層１２の表面には、各内部電極１
３と接続されて圧電層の外端まで延びる接続電極１３ａ
（図中黒色に塗りつぶしている）が形成されており、例
えば同一位相位置の内部電極１３に対して接続電極１３
ａは一層おきに同一位相位置に形成されている。そして
同一位相位置同士の接続電極１３ａを積層圧電素子１０
の外周部に設けた外部電極１４により接続している。

【０００８】なお、積層圧電素子１０を構成する最上層
の圧電層の表面の外周部には、周方向に沿って複数の表
面電極１５が接続電極１３ａの位相位置に合わせて設け
られている。そして、外部電極１４は表面電極１５にも
接続されている。

【０００９】一方、図６に示す積層圧電素子１１は、圧
電層１２の表面に図５のものと同様に内部電極１３が設
けられ、各内部電極１３がスルーホール１６により接続
されており、スルーホール１６は積層圧電素子１１の最
上層の圧電層の表面に端部を露出し、表面電極１７を形
成している。

【００１０】さらに、図７は上記した図５の積層圧電素
子１０、あるいは図６の積層圧電素子１１を棒状の振動
波モータ２０の振動体２０´に用いた例を示す。中心部
に穴部を有する積層圧電素子１０（１１）は、表面電極
１５ａ（１７）に配線基板１８を接触させて振動体２０
´の中空の金属部材２１と２２の間に配置され、ボルト
２３を金属部材２２側から挿入して金属部材２１にねじ
込むことにより、両金属部材２１と２２の間に積層圧電
素子１０と配線基板１８が挟持固定される。配線基板１
８は不図示の駆動回路に接続され、駆動用の交流電圧が
積層圧電素子に印加される。

【００１１】なお、図６に示す内部電極間を接続するた
めの手段としてスルーホールを全て用いた積層圧電素子
１１においては、図７に示す構成の振動波モータに組込
まれ、カメラ用のレンズを駆動してオートフォーカスを
行なうための駆動源として実用化されている。

【００１２】なお、棒状振動波モータの駆動原理は、積
層圧電素子を組み込んだ振動体に軸方向に対して直交す
る２つの曲げ振動を時間的位相差を有して発生させ、振
動体を構成する金属部材２１の先端部を駆動部として金
属部材２１が首振りのような運動を行い、この金属部材
２１に加圧接触する接触部材としてのロータＲが摩擦接
触により回転する。

【００１３】このような駆動に適した内部電極の構成
は、図５、図６に示すように、４分割された電極部から
なり、180の位置関係にある２つの電極部を互いに分極
方向が異なるように分極し、これを１組として各々Ａ
相、Ｂ相とし、この一層と対向する層で同じく180の位
置にあり、互いに分極方向が異なる２つの電極部を１組
としてＡＧ相、ＢＧ相とし、各層の同じ相で同じ分極方
向の各電極部を層間電極としてのスルーホールや外部電
極により電気的に接続している。

【００１４】そして、Ａ相と、該Ａ相と位相の９０度異
なるＢ相に、振動体の固有振動数と略一致した高周波電
圧を印加し、Ａ相、Ｂ相に対向するＡＧ相、ＢＧ相はグ
ランドとし、振動体の軸方向に対して直交する２つの曲
げ振動を発生させている。

【００１５】第２の従来技術 振動波モータ用の振動体を構成する振動発生源としての
素子の例としては以下のように、円柱状の金属ブロック
間に素子を挟持しその金属ブロックに曲げ振動を起さ
せ、この曲げ振動により生ずる金属ブロック表面の任意
の一点の円またはだ円運動によりこの金属ブロックに接
する接触部材に回転運動を与える棒状の振動波モータの
振動体の振動発生源としての素子やまたリング状の金属
製弾性体の片面に例えば接着剤により素子を固定し２つ
の定在波の合成により回転運動を与えるリング状の振動
体の振動発生源としての素子がある。

【００１６】さらに、具体的には棒状の振動波モータに
使用される素子の例として特開平3−40767号公報、特開
平3−117384号公報等に記載されている圧電素子のよう
に、図１４に示す一枚の板状の単板の圧電素子ａのよう
に円形で、表（おもて）面は分極方向が左右で逆向きの
（＋），（−）の領域と一致する領域に電極材料の層
（以下、電極層）ｌ１，ｌ２をスリットＳを介して圧電
材ａ’の上に設けてあり、裏面は全面が電極層ｌ３を設
けてある。この単板の圧電素子ａを複数枚用いて図１５
に示す棒状の振動波モータの振動体ｅのように複数の、
そして位置的に９０°の位相差も一部の圧電素子には与
えつつ圧電素子ａ１〜ａ５を金属である電極板ｂ１〜ｂ
６を挟んで金属ブロックｄ１とｄ２とでボルトｃによっ
て組み付けて固定してある。

【００１７】この圧電素子ａは圧電性を有するセラミッ
クス粉末をプレス法や押し出し法により成形し、焼成し
てできる圧電材（圧電セラミックス）を一定厚さに加工
し、その後蒸着法や印刷法により電極層ｌ１〜ｌ３を形
成し円形状に加工後分極処理を行い、分極方向（＋），
（−）を与えるように作られる。図１４のように圧電素
子ａにおいて、電極層ｌ１〜ｌ３の外径と圧電素子ａの
外径は一致させてあるため振動体ｅの外周部には圧電材
と電極層、電極板が露出している。これは、棒状の振動
波モータは金属ブロックｄ１とｄ２に挟持された圧電素
子ａ１〜ａ４（ａ５はセンタ用）により振動体ｅに曲げ
振動を起させるため、圧電素子ａのできるだけ外周部の
分極された領域で発生する変位ほど振動体ｅの曲げ振動
に対し有効であるために敢て電極層を露出させていた。

【００１８】一方、最近、複数枚の素子を積層化して作
った積層素子が注目され振動発生源の小型化や低電圧化
が試みられている。例えば特開平8−213664号公報に記
載されている図１２は棒状の振動波モータのために開発
された積層圧電素子ｆであり、積層圧電素子の内部にあ
る電極材料の層（以下、内部電極層）５４と５５を電気
機械エネルギー変換機能を有する材料である圧電材料の
層（以下、圧電層）の上に設け、交互に重ね、層間の導
通を計る８個の層間配線５２により接続した素子であ
る。

【００１９】この層間配線５２は小穴を設け導電金属を
充填したいわゆるスルーホールと呼ばれている。また一
方の端面である表（おもて）面には層間配線５２が露出
して８個の表面電極５３を形成して、積層圧電素子ｆの
内部電極層５４，５５に電圧を印加することができる。

【００２０】図１３は積層圧電素子を組み込んだ振動波
モータの断面図を示し、金属ブロックｄ１とｄ２とによ
り挟持され、同時に配線基板ｇを用いて積層圧電素子ｆ
の表面に露出した各々の表面電極３と外部電気回路（不
図示）と導通を計りボルトｃにより締め付け固定して振
動体ｅを作っている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た第１の従来技術において、図７のように、積層圧電素
子１０、１１を棒状振動波モータに組み込み、外部電源
と接続する配線基板１８を金属部材間に挟持する方式で
は、導通の信頼性が高く、組み立ても容易ではあった
が、振動波モータの振動体としては、積層圧電素子以外
の配線基板１８を挟むため、振動の減衰がより大きくな
る傾向があり、振動波モータの性能を低下させるおそれ
があった。

【００２２】特に、図６に示す積層圧電素子のようにス
ルーホールにより表面電極と層間電極を形成する方式で
は導通の信頼性が高く、また製造も人手がかからず不良
率は少ないものの、製造装置、特にスルーホールを形成
するパンチング装置が高価であり、かつ加工時間も工程
上最も多くの時間を要し、製造工程上ネックになってい
た。

【００２３】また、製造コストの低減も課題であった。

【００２４】さらに、前述の図５の積層圧電素子のよう
に、表面電極を製造コストの安価なスクリーン印刷法で
形成すると、内部電極の圧電層の表面からの高さが不均
一になり易く、配線基板との接続の信頼性に不安があっ
た。

【００２５】また、上記した第２の従来技術において、
前述の一枚の板状の単板の圧電素子の圧電材の厚さは欠
けたりしないように0.5mm程度にしていた。そのため、
振動体の外周部に露出する圧電材と電極層／電極板の間
には振動波モータの駆動中に電圧がかかっているが、距
離が0.5mmと比較的長いため電流のリークやショートは
発生しなかった。

【００２６】しかしながら、積層圧電素子の場合、小型
化のためまた作り易さのため圧電層の厚さは20〜30μm
から100μm以下にしていた。そのため、振動体の外周部
に内部電極層が露出すると印加される電圧は低電圧化さ
れているもののわずかな水分の付着や微小な異物などの
付着のため、電流のリークが起る場合があった。

【００２７】この結果、前述の図１２のように、内部電
極層は素子の外周部に露出しない構成にしていた。この
ため、前述したように棒状の振動波モータにとって最も
効果のある素子の外周部の変位が振動体の曲げ振動に寄
与しないため、積層圧電素子においてはその層数を増や
すことでモータの性能（回転数／トルク）の向上を計っ
ていた。

【００２８】そこで、上記第１の従来技術の課題を解決
するために、本願発明の目的は、従来と同様に高い信頼
性を保ちつつ、搭載される振動波モータ等の振動波駆動
装置の性能の向上を図り、さらに製造コストを下げるこ
とができる積層電気−機械エネルギー変換素子およびこ
の積層電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動波駆
動装置を提供しようとするものである。

【００２９】また、上記第２の従来技術の課題を解決す
るために、本願発明の目的は、積層圧電素子の外周面で
の電極層間での電流のリークやショートを起さず、振動
体の外周部の変位を増やし、その結果積層圧電素子の層
数を従来よりも減らすことができ、製造コストも下がる
積層電気−機械エネルギー変換素子および振動波駆動装
置を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、電気−機
械エネルギー変換機能を有する層と電極材料の層とを交
互に複数重ねて積層化すると共に、前記電極材料の各層
と電気的に導通する複数の外部電極を外周部あるいは内
周部に形成し、積層電気−機械エネルギー変換部と、前
記複数の外部電極が形成された外周部あるいは内周部の
表面に設けられた配線層とを有し、前記配線層は前記各
外部電極と電気的にそれぞれ接触する配線部が設けられ
ていることを特徴とする積層電気−機械エネルギー変換
素子にある。

【００３１】第２の発明は、上記第１の発明で、前記積
層電気−機械エネルギー変換部の両端面は電気的に絶縁
されていることを特徴とする。

【００３２】第３の発明は、上記いずれかの発明で、前
記配線層は、フレキシブルプリント配線板により構成さ
れ、前記積層電気−機械エネルギー変換部の外周面ある
いは内周面に接着剤により接着固定されていることを特
徴とする。

【００３３】第４の発明は、上記第１または第２の発明
で、前記配線層は、前記積層電気−機械エネルギー変換
部の外周面あるいは内周面に形成された絶縁層と、前記
絶縁層の表面に形成された導体層と、前記導体層を被覆
する絶縁層とにより構成されていることを特徴とする。

【００３４】第５の発明は、上記いずれかの発明で、前
記積層電気−機械エネルギー変換部は、位置的位相差を
有して曲げ振動を形成可能としていることを特徴とす
る。

【００３５】第６の発明は、上記第１から第４のいずれ
かの発明で、前記積層電気−機械エネルギー変換部は、
位相の異なる定在波を形成可能としていることを特徴と
する。

【００３６】第７の発明は、上記第６の発明で、前記積
層電気−機械エネルギー変換部は、中央の穴部が大径の
リング形状に形成されていることを特徴とする。

【００３７】第８の発明は、上記第５の発明の積層電気
−機械エネルギー変換素子を金属部材間に挟持固定し、
駆動部に前記曲げ振動の合成で駆動振動を形成する棒状
の振動体と、前記振動体の駆動部に加圧接触する接触体
とを有し、前記振動体と前記接触体とを前記駆動振動に
より相対的に移動させることを特徴とする振動波駆動装
置にある。

【００３８】第９の発明は、リング状あるいは円板状の
弾性体の一面を駆動部とし他面に上記第６または７の発
明の積層電気−機械エネルギー変換素子を接着し、前記
駆動部に前記複数の定在波の合成で進行波を形成する振
動体と、前記振動体の駆動部に加圧接触する接触体とを
有し、前記振動体と前記接触体とを前記駆動振動により
相対的に移動させることを特徴とする振動波駆動装置に
ある。

【００３９】第１０の発明は、電気機械エネルギー変換
機能を有する材料の層と電極材料の層とを交互に複数重
ねて積層化した積層電気−機械エネルギー変換素子にお
いて、スルーホールを用いて導通を計った電極材料の層
のうち、 グランドに相当するか、または、与える電圧
の極性が同じ電極材料の層のうちの一つまたは複数の電
極材料の層の端部を素子の外周面に露出させたことを特
徴とする。

【００４０】第１１の発明は、電気機械エネルギー変換
機能を有する材料の層と電極材料の層とを交互に複数層
を重ねて積層化した積層電気−機械エネルギー変換素子
において、与える最大の電圧の大きさと極性が同じ電極
材料の層のうち、与える電圧が同一である一つまたは複
数の電極材料の層の端部を素子の外周面に露出させたこ
とを特徴とする。

【００４１】第１２の発明は、上記第１０または１１の
発明で、前記積層電気−機械エネルギー変換素子を位相
の異なる複数の曲げ振動または位相の異なる複数の定在
波を形成可能としたことを特徴とする。

【００４２】第１３の発明は、上記第１２の発明の積層
電気−機械エネルギー変換素子を加振源とし、駆動部に
駆動振動を形成する振動体と、前記振動体の駆動部に加
圧接触する接触体とを有し、前記振動体と前記接触体と
を前記駆動振動により相対的に移動させることを特徴と
する振動波駆動装置にある。

【００４３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１、図２
は本発明の第１の実施の形態を示す。

【００４４】図１は積層電気−機械エネルギー変換素子
としての積層圧電素子１の外観斜視図を示している。

【００４５】本実施の形態の積層電気−機械エネルギー
変換素子としての積層圧電素子１は、中心部に穴部が形
成された円環形状に形成された積層圧電部５と、前記積
層圧電部５の外周面に設けられた配線層としてのフレキ
シブルプリント板で形成された回路基板６とにより構成
されている。

【００４６】図２に示すように、積層圧電素子１を構成
する積層圧電部５は、複数の圧電層２の表面に例えば４
分割構成の内部電極３が形成されており、この内部電極
３の外周端は圧電層２の外周端よりも内側に位置してい
る。

【００４７】さらに、圧電層２の表面には、各内部電極
３と接続されて圧電層２の外端まで延びる接続電極３ａ
（図中黒色に塗りつぶしている）が形成されており、例
えば同一位相位置の内部電極３に対して接続電極３ａは
一層おきに同一位相位置に形成されている。そして同一
位相位置同士の接続電極３ａを積層圧電部５の外周部に
設けた層間電極である外部電極４により接続している。
なお、積層圧電部５の上下両端面は圧電層で形成され、
内部電極３と外部との絶縁を保持している。

【００４８】外部電極４は軸方向の同位相位置に位置す
る接続電極３ａ毎に周方向に形成されており、本実施の
形態では8本形成されている。 ここで、本実施の形態
に用いた積層圧電部５は、外径が6mm、内径が1.8mm、厚
さが約1.4mmであり、圧電層２の厚さは55μm、内部電極
３の厚さは２〜３μmとし、圧電層２の層数を２５層と
した。また、外部電極４の長さは約1.35mm、幅は約1.5m
m、厚さは約0.2mmとした。

【００４９】製造方法は、圧電層となる圧電セラミック
ス粉末と有機バインダからなるグリーンシート上に、内
部電極３を構成する銀・パラジウム粉末ペーストをスク
リーン印刷で形成し、各々を順に重ねて加熱しながら加
圧し積層化した。その後、1100℃〜1200℃で鉛雰囲気で
焼成した。焼成後、外周部を機械加工し、外部電極をス
クリーン印刷法で接着剤入りの銀電極を印刷し、約80℃
で硬化させ、最後に内部電極３の電極パターン毎に特定
の分極方向に分極処理を行なって製作した。

【００５０】図３は図１の回路基板６の展開状態を示
す。図３（ａ）は外観図、図３（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢
視断面図、図３（ｃ）は（ｂ）のＢ部拡大図を示す。

【００５１】回路基板６の表面側の複数の配線８が回路
基板６の裏面側に露出するスルーホール８´を介して外
部電極４と導通し、またこれらの配線８は回路基板６の
表面側の外部端子７に集まっている。回路基板６は、積
層圧電部５の外周面に形成された複数の外部電極４と同
数の外部端子７を幅方向（図中上下方向）に一列に整列
して配置しており、これら各外部端子７は回路基板６の
表面側に露出している。回路基板６は、例えば厚さ30μ
mのポリイミド樹脂からなる基板９の表面に25μm厚の銅
箔からなる複数の配線(パターン)８が長さ方向に形成さ
れていて、これらの配線パターン９は一端側がそれぞれ
外部端子７に導通し、他端側が基板９を貫通するスルー
ホール８´に導通していて、その表面をカバーコート９
´で覆い、各種の接続下における絶縁性を確保するよう
にしている。勿論カバーコート９´は外部端子７を除い
て設けられている。そして、前記配線８は圧電素子部５
の各外部電極４に対応してその長さが設定されている。

【００５２】したがって、可撓性を有する回路基板６を
積層圧電部５の所定位置に合わせて外周部に巻き付ける
と、各スルーホール８´は各対応する外部電極４に接触
し、各外部端子７と各外部電極４とが導通する。その
際、本実施の形態では積層圧電部５と回路基板６とは接
着剤で接着固定され、特に銅メッキからなるスルーホー
ル８´と外部電極４との間には導電性の接着剤を用いて
導電性を確実なものとしている。

【００５３】このように、本実施の形態では、積層圧電
部５の外周部に回路基板６を固着して積層圧電素子１を
構成し、不図示の駆動回路と積層圧電素子１との接続を
積層圧電素子１の外周部のみで行えるようにしたので、
後述する振動波モータの振動体に組み付ける際に、従来
のように、配線板を介して金属部材間に挟持する構成と
ならず、積層圧電素子１と不図示の駆動回路との電気的
接続の信頼性が向上することになる。

【００５４】なお、上記した実施の形態においては、積
層圧電部５の外周部に外部電極４を形成しているが、中
空の積層圧電部５の内周部に外部電極４を設けるように
しても良い。

【００５５】また、上記した実施の形態では、積層圧電
部５の外周部に予めポリイミドシートを用いて配線層と
しての回路基板６を設けているが、積層圧電部５の外周
面（内周面）に樹脂ペーストや金属ペーストを用いて絶
縁層や導体層をスクリーン印刷等で形成し、上記と同様
な構造を有する印刷成形法による回路基板を設けるよう
にしても良い。

【００５６】（第２の実施の形態）図４は本発明の第２
の実施の形態を示す。

【００５７】図４は前述した第１の実施の形態の積層圧
電素子１を用いて棒状の振動体を構成し、この振動体に
よりロータＲを回転駆動する棒状の振動波モータの断面
図を示す。

【００５８】本実施の形態の振動波モータにおける振動
体は、円筒状の金属部材２１と２２の間に積層圧電素子
１を配置し、先端細径部がピン形状に形成されたボルト
２３を金属部材２２側から挿入し、ボルト２３のネジ部
を金属部材２１の内径部のネジ部に螺合させ、ボルト２
３を締め付けることにより金属部材２１と２２の間に積
層圧電素子１を挟持固定する。積層圧電素子１の両端面
にはスルーホル、或いは接続電極といった電極が存在せ
ず、また表面の平坦性が維持されているので、金属部材
２１、２２の間に積層圧電素子１を確実に挟持固定する
ことが可能となる。

【００５９】そして、積層圧電部５の外周部に固着され
た回路基板６の外部端子７にフラットケーブルあるいは
フレキシブルな回路基板１９をはんだ付けし、この回路
基板１９を不図示の駆動回路に接続している。

【００６０】金属部材２１の一方の端面を駆動部とし、
ロータＲのバネ接触部がこの駆動部にバネＳのバネ力に
より加圧接触している。ロータＲの内周部にはバネ受け
部材Ｔが配置され、このバネ受け部材Ｔの内周部にバネ
Ｓが配置され、ボルト２３の細径に形成された先端部の
回りに同心的に配置されている。

【００６１】バネ受け部材ＴはロータＲと一体に回転
し、バネＳのバネ力をロータＲに伝達し、ロータＲのバ
ネ性を有する先端部を金属部材２１の駆動部に加圧接触
させる。また、バネ受け部材Ｔは、上方に配置された歯
車からなる出力部材Ｏに軸方向移動可能で軸回りは一体
に係合し、ロータＲの回転を出力部材Ｏに伝達する。こ
の出力部材Ｏは内径部に形成された小径突出部がバネＳ
と当接し、バネＳの反力を受ける部材としての役割を果
たしている。

【００６２】また、ボルト２３の先端部には振動波モー
タを不図示の取付け部に固定するための固定部材Ｆが装
着固定され、この固定部材Ｆの外周部に装着されたベア
リングＢに出力部材Ｏが回転自在に取り付けられてい
る。

【００６３】本実施の形態によれば、従来の振動波モー
タにおける振動体とは異なり、２つの金属部材２１と２
２の間に積層圧電素子１が直接挟持されているので、棒
状振動波モータの振動体の振動減衰は非常に少ないもの
となり、モータ性能の向上が図られた。

【００６４】また、振動波駆動装置としては、上記した
棒状の振動波モータ以外に、リング状あるいは円板状の
金属製の弾性体の片面に接着固定した振動体を有するも
のであっても良い。この場合の積層圧電素子としては、
積層圧電素子をリング状に形成し、励起する振動の波長
をλとすると、例えばλ/２の間隔で複数の電極領域を
２群形成し、両群の位相差をλ/４として配置し、両群
に位相の異なる交流電圧を印加することにより、例えば
各表面電極の層に厚み方向あるいは周方向に変位を生じ
させ、各群に複数の波数の定在波を形成し、両定在波の
合成により進行波を形成することができるタイプのもの
でも良い。

【００６５】（第３の実施の形態）図８は本発明の第３
の実施の形態を示す。

【００６６】本実施の形態の積層圧電素子５１は、圧電
層になる圧電セラミックスのグリーンシートにスルーホ
ールになる直径0.1mmの穴を開け、その中に導電ペース
トを充填しさらにグリーンシートの表面に内部電極層に
なる電極パターンを導電ペーストを印刷し、その後、こ
れらのグリーンシートを複数枚重ね加圧し積層化し、焼
成してから分極処理を行い最終的に機械加工して作っ
た。

【００６７】図中、積層圧電素子１は図１２の従来例の
積層圧電素子ｆと同様に８個のスルーホールによる層間
配線５２と素子の一方の端面である表（おもて）面にス
ルーホールの露出した８個の表面電極５３が形成されて
いる。

【００６８】また、内部電極層５４は従来例と同じ４分
割された内部電極層Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を形成して
いるが、内部電極層５５も４分割された内部電極層ＧＡ
１，ＧＡ２，ＧＢ１，ＧＢ２を形成してはいるが、これ
らの外径は積層圧電素子５１の外径とほぼ一致し外周面
に露出している。具体的には積層圧電素子５１は外径1
０mm、内径2.8mm、厚さ約2．2mm、圧電材層の厚さ85μ
m、内部電極層の厚さ2〜3μm，内部電極層５４の外径は
9.5mm、内部電極層５５の外径は10mmであり内部電極層
の層数は24層である。

【００６９】振動波モータの駆動のために、図１０のよ
うに電気的なグランドに相当する内部電極層ＧＡ１，Ｇ
Ａ２，ＧＢ１，ＧＢ２に対し各々内部電極層Ａ１，Ａ２
に振動体の固有振動数にほぼ一致した高周波電圧が、内
部電極層Ｂ１，Ｂ２にＡ１，Ａ２と90°の位相差を有す
る高周波電圧が印加される。

【００７０】一方、従来例である図１２のように、内部
電極層５４，５５が直径9.5mmで素子の外周に露出せず
他は実施例と同形状、同寸法、同層数に作った積層圧電
素子ｆと本実施の形態の積層圧電素子５１とを同一の振
動波モータに組み込み同性能（回転数600rpm／トルク25
g・cm）になるように図１０のように印加する電圧ＶＤを
測定したところ、本実施の形態では印加電圧は5．5Vで
あったが、従来例では7．0Vであった。

【００７１】この差は本実施の形態の積層圧電素子５１
の内部電極層５５の外径が9．5mmから10mmに拡大したこ
とによると思われる。この理由は、図９（ａ）に積層圧
電素子５１の断面の一部を示すように、図９（ｂ）に示
す従来例と異なり、本実施の形態の積層圧電素子５１の
外周部である内部電極層５４と５５の間の領域５６が分
極処理により圧電活性化され、従来の分極領域５７より
も拡大し、振動体の変位をより大きくしたものと思われ
る。

【００７２】ただし本実施の形態の積層圧電素子５１の
分極条件は120℃、300V、１時間とし、従来例の120℃、
300V、30分よりも時間を長くして領域５６の分極をより
強くしている。この時間が短いと振動波モータの性能も
劣ることもわかった。

【００７３】なお、勿論本実施の形態では従来例で説明
した課題であった積層圧電素子の外周面で電流のリーク
は発生しなかった。

【００７４】本実施の形態では、グランドに相当する内
部電極全層を素子の外周部に露出させているが、もちろ
ん、全層でなく一部でも効果は有する。

【００７５】（第４の実施の形態）本実施の形態は、第
３の実施の形態と同じ積層圧電素子５１を用いて振動波
モータの駆動のために図１１に示すように、内部電極層
ＧＡ１，ＧＡ２に内部電極層Ａ１，Ａ２と極性が異なり
180°の位相差を有する高周波電圧を印加し、同様に内
部電極層ＧＢ１，ＧＢ２に内部電極層Ａ１，Ａ２と極性
が異なり180°の位相差を有する高周波電圧を印加し、
内部電極層Ａ１，Ａ２とＢ１，Ｂ２には90°の位相差を
有する高周波電圧を印加したところ、第３の実施の形態
と同じ振動波モータ性能（回転数600rpm／トルク25g・c
m）になるように印加する電圧ＶＰを測定したところ印
加電圧は2．8Vを示した。

【００７６】この場合、積層圧電素子５１の露出した内
部電極層５５のＧＡ１，ＧＡ２とＧＢ１，ＧＢ２の極性
は同じであるが位相が異なるため、電位差を生ずるが図
８に示すスリットｔの幅（内部電極層５を分割するスリ
ットの外周部の長さ）を0．3mm以上設けておけば高湿度
下においてもほとんどリークやショートの発生は防げる
ことを確認した。

【００７７】また本実施の形態の内部電極層５４と５５
を入れ換えて、内部電極層Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の方
の外径を大きくし素子の外周部に露出させても良い。本
実施の形態では印加する電圧の極性が同一の内部電極層
全層を素子の外周部に露出させたが、全層でなく一部で
も上述の効果を有するものである。

【００７８】また上述の例は棒状の振動波モータ用の積
層圧電素子について説明したが、リング状の振動波モー
タ用の積層圧電素子の場合にも同様に考えることができ
る。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１から９に
係る発明によれば、電気−機械エネルギー変換素子の端
面に電極を設ける必要が無いので、振動波モータ等の振
動波駆動装置の棒状の振動体に組み込む際に、金属部材
間に直接挟持させることが可能とり、その際積層電気−
機械エネルギー変換部の外部電極との導通の信頼性を向
上させることができた。

【００８０】また、従来のスルーホールを用いた積層圧
電素子よりも製造設備の面でも安価となり、製造コスト
の低減が可能となる。

【００８１】さらに、積層電気−機械エネルギー変換部
の内外周面に配線層を有しているので、複雑な配線も可
能であり、積層電気−機械エネルギー変換部の内部の複
雑な内部電極に対しても対応が可能で、今後の予想され
る高機能な振動波モータの開発にとっても有益である。

【００８２】一方、請求項１０から１３に係る発明によ
れば、同じ層数であれば駆動の電圧を下げることが可能
であり、また同じ電圧であれば層数を減らして製造コス
トを下げることが可能となり、振動波モータの用途拡大
に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す積層圧電素子
の外観斜視図

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す積層圧電素部
の分解斜視図と外観斜視図

【図３】図１の回路基板を示し、（ａ）は展開図、
（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部拡大断
面図

【図４】第２の実施の形態を示す振動波モータの断面図

【図５】従来の積層圧電素子の分解斜視図と外観斜視図

【図６】従来の他の積層圧電素子の分解斜視図と外観斜
視図

【図７】図５または図６の積層圧電素子を組み込んだ振
動波モータの断面図

【図８】本発明の第３の実施の形態を示す積層圧電素子
の分解斜視図と外観斜視図

【図９】積層圧電素子の分極領域の拡大図で、（ａ）は
第3の実施の形態、（ｂ）は従来例を示す

【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す積層圧電素
子に印加する電圧の波形図

【図１１】本発明の第４の実施の形態を示す積層圧電素
子に印加する電圧の波形図

【図１２】従来例の積層圧電素子の分解斜視図と外観斜
視図

【図１３】図１２の積層圧電素子を組み込んだ振動波モ
ータの断面図

【図１４】従来の単板の圧電素子を示し、（ａ）は表
面、（ｂ）は裏面、（ｃ）は側面を夫々示す

【図１５】図１４の圧電素子を組み込んだ棒状振動波モ
ータの断面図

【符号の説明】

１…積層圧電素子（積層電気−機械エネルギー変換素
子） ２…圧電層 ３…内部電極 ４…外部電極 ５…積層圧電部 ６…回路基板 ７…外部端子 ８…配線 ５１…積層圧電素子 ５２…層間配線（スルーホール） ５３…表面電極 ５４，５５…内部電極層 ５６…拡大した分極領域

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気−機械エネルギー変換機能を有する
   層と電極材料の層とを交互に複数重ねて積層化すると共
   に、前記電極材料の各層と電気的に導通する複数の外部
   電極を外周部あるいは内周部に形成し、積層電気−機械
   エネルギー変換部と、前記複数の外部電極が形成された
   外周部あるいは内周部の表面に設けられた配線層とを有
   し、前記配線層は前記各外部電極と電気的にそれぞれ接
   触する配線部が設けられていることを特徴とする積層電
   気−機械エネルギー変換素子。
2. 【請求項２】 前記積層電気−機械エネルギー変換部の
   両端面は電気的に絶縁されていることを特徴とする請求
   項１に記載の積層電気−機械エネルギー変換素子。
3. 【請求項３】 前記配線層は、フレキシブルプリント配
   線板により構成され、前記積層電気−機械エネルギー変
   換部の外周面あるいは内周面に接着剤により接着固定さ
   れていることを特徴とする請求項１または２に記載の積
   層電気−機械エネルギー変換素子。
4. 【請求項４】 前記配線層は、前記積層電気−機械エネ
   ルギー変換部の外周面あるいは内周面に形成された絶縁
   層と、前記絶縁層の表面に形成された導体層と、前記導
   体層を被覆する絶縁層とにより構成されていることを特
   徴とする請求項１または２に記載の積層電気−機械エネ
   ルギー変換素子。
5. 【請求項５】 前記積層電気−機械エネルギー変換部
   は、位置的位相差を有して曲げ振動を形成可能としてい
   ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の
   積層電気−機械エネルギー変換素子。
6. 【請求項６】 前記積層電気−機械エネルギー変換部
   は、位相の異なる定在波を形成可能としていることを特
   徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層電気−
   機械エネルギー変換素子。
7. 【請求項７】 前記積層電気−機械エネルギー変換部
   は、中央の穴部が大径のリング形状に形成されているこ
   とを特徴とする請求項６に記載の積層電気−機械エネル
   ギー変換素子。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の積層電気−機械エネル
   ギー変換素子を金属部材間に挟持固定し、駆動部に前記
   曲げ振動の合成で駆動振動を形成する棒状の振動体と、
   前記振動体の駆動部に加圧接触する接触体とを有し、前
   記振動体と前記接触体とを前記駆動振動により相対的に
   移動させることを特徴とする振動波駆動装置。
9. 【請求項９】 リング状あるいは円板状の弾性体の一面
   を駆動部とし他面に請求項６または７に記載の積層電気
   −機械エネルギー変換素子を接着し、前記駆動部に前記
   複数の定在波の合成で進行波を形成する振動体と、前記
   振動体の駆動部に加圧接触する接触体とを有し、前記振
   動体と前記接触体とを前記駆動振動により相対的に移動
   させることを特徴とする振動波駆動装置。
10. 【請求項１０】 電気機械エネルギー変換機能を有する
    材料の層と電極材料の層とを交互に複数重ねて積層化し
    た積層電気−機械エネルギー変換素子において、 スルーホールを用いて導通を計った電極材料の層のう
    ち、与える電圧が同一である一つまたは複数の電極材料
    の層の端部を素子の外周面に露出させたことを特徴とす
    る積層電気−機械エネルギー変換素子。
11. 【請求項１１】 電気機械エネルギー変換機能を有する
    材料の層と電極材料の層とを交互に複数層を重ねて積層
    化した積層電気−機械エネルギー変換素子において、 グランドに相当するか、または、与える電圧の極性が同
    じ電極材料の層のうちの一つまたは複数の電極材料の層
    の端部を素子の外周面に露出させたことを特徴とする積
    層電気−機械エネルギー変換素子。
12. 【請求項１２】 前記積層電気−機械エネルギー変換素
    子を位相の異なる複数の曲げ振動または位相の異なる複
    数の定在波を形成可能としたことを特徴とする請求項１
    ０または１１に記載の積層電気−機械エネルギー変換素
    子。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の積層電気−機械エ
    ネルギー変換素子を加振源とし、駆動部に駆動振動を形
    成する振動体と、前記振動体の駆動部に加圧接触する接
    触体とを有し、前記振動体と前記接触体とを前記駆動振
    動により相対的に移動させることを特徴とする振動波駆
    動装置。