JP2009268182A - 積層圧電素子及び超音波モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、簡易な構成で、高品質な焼成加工を実現して、安定した高品質な組立て実現し得るようにした積層圧電素子及び超音波モータを提供することにある。
【解決手段】複数の圧電体１０に給電用導出部１１１，１２１を有した第１及び第２の内部電極領域１１，１２を分離して設けて、この第１及び第２の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１間に収縮整合領域１３を分離して設け、この複数の圧電体１０を積層して焼成し、矩形状に成形するように構成したものである。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の圧電体１０に給電用導出部１１１，１２１を有した第１及び第２の内部電極領域１１，１２を分離して設けて、この第１及び第２の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１間に収縮整合領域１３を分離して設け、この複数の圧電体１０を積層して焼成し、矩形状に成形するように構成したものである。
【選択図】 図１
Description
この発明は、例えばデジタルカメラの手振れ補正ユニットやＡＦレンズ等のアクチュエータとして使用されている超音波モータに用いるのに好適する積層圧電素子の改良に関する。
一般に、この種の超音波モータは、積層圧電素子に電圧を印加して縦振動と屈曲振動を励起させて楕円振動を発生させ、この楕円振動を、駆動子を介して被駆動体に伝達し、該被駆動体を摩擦駆動するように構成されている。
このような積層圧電素子は、圧電活性領域を構成する複数の内部電極領域を形成した複数の圧電体を積層して焼成することにより、製造されている。このため、積層圧電素子にあっては、焼成時における内部電極領域と、内部電極領域以外の領域との収縮差による発生する内部応力により生じる素子割れ、ひび、歪み、層間シュート等の発生を抑制するための各種の対策が提案されている。
例えば、各層における電極形成部の電極導出部の電極側の基端の幅寸法を、電極導出部の先端（外面）側の幅寸法より、狭く形成することにより、焼成時における収縮差による内部応力の発生を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−１０９７５４号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示される構成では、その構成上、電極導出部の外面付近の領域における収縮差を解消することが困難なために、内部電極領域の導出面の平面度が悪化され、その外部電極面にフレキシブルプリント基板等の給電部材を、導電性接着剤等を用いて熱圧着する際に、導通不良が生じたり、あるいは周辺部材の高精度な組付けが困難となるという問題を有する。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、高品質な焼成加工を実現して、安定した高品質な組立てを実現し得るようにした積層圧電素子及び超音波モータを提供することを目的とする。
この発明は、給電用導出部を有した複数の内部電極領域が設けられ、積層されて焼成される複数の圧電体の前記複数の内部電極領域の導出部間に収縮整合領域を設けて積層圧電素子を構成した。
上記構成によれば、複数の圧電体は、積層して焼成する際、各収縮整合領域が内部電極領域と略同様に収縮することにより、外部電極の設けられる外面側が平坦度の高い高品質な精度で焼成されている。従って、外面側への外部電極の高精度な形成が可能となり、該外部電極への給電部材の高精度かつ高信頼性な接着作業を容易に行うことが可能となると共に、周辺部材との高精度な組付けが可能となる。
また、この発明は、給電用導出部を有した複数の内部電極領域が設けられ、且つ、前記複数の内部電極領域の導出部間に収縮整合領域が設けられた複数の圧電体を積層して焼成し、複数の圧電活性領域が形成された直交する二方向の振動を励起する積層圧電素子を備えて超音波モータを構成した。
上記構成によれば、積層圧電素子は、その複数の圧電体を、積層して焼成する際、各収縮整合領域が内部電極領域と略同様に収縮することにより、外部電極の設けられる外面側が平坦度の高い高品質な精度で焼成されている。従って、積層圧電素子の外面側への外部電極の高精度な形成が可能となり、該外部電極への給電部材の高精度かつ高信頼性な接着作業を容易に行うことが可能となると共に、周辺部材との高精度な組付けが可能となり、簡便にして容易なモータ組立て作業を実現することができる。
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、高品質な焼成加工を実現して、安定した高品質な組立て実現し得るようにした積層圧電素子及び超音波モータを提供することができる。
以下、この発明の実施の形態に係る積層圧電素子及び超音波モータについて、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る積層圧電素子１を示すもので、複数の圧電体１０は、ジルコン酸チタン酸鉛等により、同様に１０〜２００μｍ程度の厚さ寸法に形成されて略矩形状に積層形成される。
この複数の圧電体１０の一方面には、複数、例えば第１及び第２の内部電極領域１１，１２の二つの領域が、ジルコン酸チタン酸鉛等の焼成温度に耐えることができる銀パラジウム等の高融点な導電性材料が、スクリーン印刷等の手法により、２〜２．５μｍ程度の厚さ寸法で所定の間隔に形成されている（図２参照）。そして、この第１及び第２の内部電極領域１１，１２には、給電用導出部１１１，１２１がそれぞれ素子外面となる圧電体１０の端部まで延出されて設けられている。
この第１及び第２の内部電極領域１１，１２は、その圧電体１０が積層されると、同位置に積重されて配置されると共に、その各導出部１１１，１２１が、積層される他の第１及び第２の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１に対して、いわゆる千鳥状に位置するように形成されている。
また、上記圧電体１０には、その第１及び第２の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１で挟まれた領域に収縮整合領域１３が形成されている。この収縮整合領域１３は、例えば第１及び第２の内部電極領域１１，１２と同材料で、例えば圧電体１０の端部より０．２ｍｍ以上内側で、第１及び第２の内部電極領域１１，１２との間が０．１５ｍｍ以上の間隔を有して、０．２ｍｍ×０．２ｍｍ以上の範囲に形成することが好ましい。これにより、第１及び第２の内部電極領域１１，１２と収縮整合領域１３は、例えばスクリーン印刷等の手法により形成する際に、滲みが生じた場合においても、相互間の短絡を確実に防止することが可能となり、容易な製作が可能となる。
上記構成において、複数の圧電体１０は、図１に示すように積層された状態で、８００℃〜１５００℃程度の焼成温度で焼成されて略矩形状に一体焼成される。この際、複数の圧電体１０は、その収縮率整合領域１３が、第１及び第３の内部電極領域１１，１２と略同様に収縮されて、図３に示すように外部電極１４の設けられる外面側の平坦度が高い高品質な精度で焼成される。
この焼成された複数の圧電体１０は、その矩形状に成形された一つの外面に、その第１及び第２の内部電極領域１１，１２に連通された導出部１１１，１２１が露呈される。そして、この外面に露呈された対応する導出部１１１，１２１同士は、外部電極１４を介して短絡される。
この外部電極１４は、例えば銀パラジウム又は銀などの導電性材料を用いて１０μｍ以上の厚さ寸法を有してスクリーン印刷により形成された後、分極処理され、積重された複数の圧電体１０の第１及び第２の内部電極領域１１，１２が独立した二つの圧電活性領域１５，１６として機能される。この際、外部電極１４は、一体焼成された積層圧電素子１の外面側の平坦度が、上述したように所望の高い値に設定されていることにより、積層圧電素子１の外面に高精度な精度で形成することができる。
そして、この積層配置された積層圧電素子１は、その外部電極間１４に所望の位相差を有した交番信号が加えられると、積層方向に積重された第１及び第２の内部電極領域１１，１２で構成される二つの圧電活性領域１５，１６が、積層方向以外の直交する二方向の振動、例えば縦振動及び屈曲振動を励起して、楕円振動を発生する。
このように、上記積層圧電素子１は、複数の圧電体１０に給電用導出部１１１，１２１を有した第１及び第２の内部電極領域１１，１２を分離して設けて、この第１及び第２の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１間に収縮整合領域１３を分離して設け、この複数の圧電体１０を積層して焼成し、矩形状に成形するように構成した。
これによれば、複数の圧電体１０は、積層して焼成する際、各収縮整合領域１３が第１及び第２の内部電極領域１１，１２と略同様に収縮して、外部電極１４の設けられる外面側が、例えば図４に示す中央部Ａにおける平坦度の高い高品質な精度で焼成される。この結果、外面側への外部電極１４の高精度な形成が可能となり、図５に示すように外部電極１４に対して給電部材であるフレキシブルプリント基板１７を、熱圧着機１８を用いて導電性接着剤を介して熱圧着する接着作業を高精度かつ高信頼性に行うことが可能となると共に、周辺部材との高精度な組付けが可能となる。
ここで、この発明の一実施の形態に係る上記積層圧電素子１を備えた超音波モータについて、図６を参照して説明する。
即ち、上記積層圧電素子１は、複数の圧電体１０の第１及び第２の内部電極領域１１，１２で構成される二つの圧電活性領域１５，１６に対応する下面側に、例えば屈曲振動の腹に駆動力導出部材である摩擦部材１９が接着剤を用いて接着固定される。そして、この摩擦部材１９は、被駆動体２０に接触される。この積層圧電素子１を含む被駆動体２０は、例えば図示しない筐体内にボール等の転動体を介して矢印方向に駆動可能に収容配置される。
そして、積層圧電素子１の上面には、位置決め押圧機構２１が、例えば縦振動の節に対応して配置される。この位置決め押圧機構２１は、積層圧電素子１を位置決めした状態で、押圧して摩擦部材１９を被駆動体２０に駆動可能に圧接する。
また、積層圧電素子１の外部電極１４には、フレキシブルプリント基板１７が、導電性接着剤等を用いて熱圧着され、このフレキシブルプリント基板１７を介して位相差を有する交番信号が複数の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１に加えられる。すると、積層圧電素子１は、積層方向に積重された第１及び第２の内部電極領域１１，１２で構成される二つの圧電活性領域１５，１６が、積層方向と直交する縦振動及び屈曲振動を励起して、楕円振動を発生し、これを駆動力として摩擦部材１９が、被駆動体２０を矢印方向に駆動制御する。
このように、上記超音波モータは、給電用導出部１１１，１２１を有した第１及び第２の内部電極領域１１，１２が設けられると共に、該第１及び第２の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１間に収縮整合領域１３が設けられた複数の圧電体１０を積層して焼成し、積重された第１及び第２の内部電極領域１１，１２で形成される二つの圧電活性領域１５，１６で、縦振動及び屈曲振動の直交する二方向の振動を励起して、楕円振動を発生する積層圧電素子１を備えて構成した。
これによれば、積層圧電素子１は、その複数の圧電体１０を、積層して焼成する際、各収縮整合領域１３が第１及び第２の内部電極領域１１，１２と略同様に収縮することにより、外部電極１４の設けられる外面側が平坦度の高い高品質な精度で焼成されている。
この結果、積層圧電素子１の外面側への外部電極１４の高精度な形成が可能となり、該外部電極１４に対してフレキシブルプリント基板１７を、導電性接着剤を用いて熱圧着する接着作業を高精度かつ高信頼性に行うことが可能となると共に、周辺部材との高精度な組付けが可能となり、簡便にして容易なモータ組立て作業を実現することができる。これにより、モータ生産性の向上を容易に図ることが可能となる。
なお、この発明は、上記実施の形態に限るものでなく、その他、上記圧電体１０を、例えば図７に示すように構成してもよい。但し、この図７に示す実施の形態においては、上記図１及び図２に示す実施の形態と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この図７に示す実施の形態では、上記実施の形態と同様に圧電体１０の第１及び第２の内部電極領域１１，１２から導出された給電用導出部１１１，１２１間に収縮率整合領域１３を形成し、且つ、第１及び第２の内部電極領域１１，１２の導出部１１１，１２１と圧電体１０の側部との間に第２の収縮率整合領域１３１を形成するように構成した。
この実施の形態の場合、複数の圧電体１０は、積層されて焼成されると、その収縮率整合領域１３と第２の収縮率整合領域１３１の双方が、各第１及び第２の内部電極領域１１，１２と同様に収縮されて、その外面側の角部までが所望の平坦度を有して積層形成が実現される。これにより、積層圧電素子１の外部電極１４の設けられる外面の角部に至る全体の平坦度を高めた積層配置を実現することができて、さらに、良好な効果を得ることが可能となる。
また、上記実施の形態では、圧電体１０に第１及び第２の内部電極領域１１，１２の二つの領域を形成した場合について説明したが、これに限ることなく、二つ以上の内部電極領域を配置するように構成することも可能である。
さらに、上記実施の形態では、縦振動及び楕円振動を励起して、楕円振動を発生するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、例えば縦振動とねじり振動等の直交する二つの振動を励起して所望の振動を発生させ、駆動力を得る構成のものにおいても適用可能で同様に有効な効果が期待される。
また、上記実施の形態では、積層圧電素子１の外部電極１４を、圧電体１０を積層した矩形状の一つの外面に配置するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、外部電極１４を複数の外面に分離配置する構成においても適用可能で、同様に有効な効果が期待される。
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
１…積層圧電素子、１０…圧電他、１１…第１の内部電極領域、１２…第２の内部電極領域、１１１，１２１…導出部、１３…収縮率整合領域、１３１…第２の収縮率整合領域、１４…外部電極、１５，１６…圧電活性領域、１７…フレキシブルプリント基板、１８…熱圧着機、１９…摩擦部材、２０…被駆動体、２１…位置決め押圧機構。
Claims (6)
- 給電用導出部を有した複数の内部電極領域が設けられた複数の圧電体が積層されて焼成され、複数の圧電活性領域が形成される積層圧電素子であって、
前記圧電体の複数の内部電極領域の導出部間に収縮整合領域を設けたことを特徴とする積層圧電素子。 - 前記圧電体には、さらに前記導出部と端部との間にも前記収縮整合領域が設けられることを特徴とする請求項１記載の積層圧電素子。
- 前記収縮整合領域は、前記内部電極領域と同材料で形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の積層圧電素子。
- 前記収縮整合領域は、印刷形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の積層圧電素子。
- 積層圧電素子で励起された直交する二方向の振動を駆動力として被駆動体を駆動する超音波モータであって、
前記積層圧電素子は、給電用導出部を有した複数の内部電極領域が設けられ、且つ、前記複数の内部電極領域の導出部間に収縮整合領域が設けられた複数の圧電体を積層して焼成し、複数の圧電活性領域が形成されることを特徴とする超音波モータ。 - 前記積層圧電素子は、縦振動及び屈曲振動を同時に励起して楕円振動を発生させることを特徴とする請求項５記載の超音波モータ。
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