JP2014117014A - 振動体とその製造方法及び振動波駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価な構成で小型化に伴う振動の減衰を抑制して、振動エネルギーの損失が少なく、効率良く振動エネルギーを出力することが可能な振動体を提供する。
【解決手段】基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、前記圧電素子の振動エネルギーによって前記基板を振動させ、振動エネルギーを出力する振動体であって、
前記基板と前記圧電素子との間に、厚さが前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満とされたセラミックス層が設けられ、
前記セラミックス層を介して前記圧電素子が前記基板に固定されている構成を有している。
【選択図】 図１
【解決手段】基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、前記圧電素子の振動エネルギーによって前記基板を振動させ、振動エネルギーを出力する振動体であって、
前記基板と前記圧電素子との間に、厚さが前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満とされたセラミックス層が設けられ、
前記セラミックス層を介して前記圧電素子が前記基板に固定されている構成を有している。
【選択図】 図１
Description
本発明は、振動体とその製造方法及び振動波駆動装置に関し、特に基板上に圧電素子を固定した振動体とその製造方法及びその振動体を用いた振動波駆動装置に関するものである。
従来、振動波駆動装置（振動波アクチュエータ）では、一般に、振動体（振動子ともいう）の振動源として圧電素子が用いられている。この圧電素子としては、単一の板状の圧電素子や最近は多数の圧電層を積層した積層圧電素子が使われている（特許文献１参照）。
図８は、特許文献１に係るリニア型振動波（超音波）駆動装置２０の外観斜視図である。
このリニア型振動波駆動装置２０は、振動体２１及び加圧接触された駆動体であるリニアスライダ２６を有している。
振動体２１は積層圧電素子２３と振動板２２を有し、積層圧電素子２３は圧電層と電極層
が交互に複数積層化され、振動板２２は金属からなり積層圧電素子２３と樹脂からなる接着剤により接着されている。
金属からなる振動板２２は矩形状に形成された板部と、この板部の上面に対して凸状に形成された２つの突起部２４を有している。突起部２４の先端面には接触部２５が形成されている。接触（摩擦）部２５は被駆動体としてのリニアスライダ２６と直接接触する部材
であるため、耐磨耗性を有している。
図８は、特許文献１に係るリニア型振動波（超音波）駆動装置２０の外観斜視図である。
このリニア型振動波駆動装置２０は、振動体２１及び加圧接触された駆動体であるリニアスライダ２６を有している。
振動体２１は積層圧電素子２３と振動板２２を有し、積層圧電素子２３は圧電層と電極層
が交互に複数積層化され、振動板２２は金属からなり積層圧電素子２３と樹脂からなる接着剤により接着されている。
金属からなる振動板２２は矩形状に形成された板部と、この板部の上面に対して凸状に形成された２つの突起部２４を有している。突起部２４の先端面には接触部２５が形成されている。接触（摩擦）部２５は被駆動体としてのリニアスライダ２６と直接接触する部材
であるため、耐磨耗性を有している。
このリニア型振動波駆動装置２０の振動体２１は、長軸方向の２次の曲げ振動モードと
短軸方向の１次の曲げ振動モードの２つの曲げ振動モードの共振周波数が略一致するような形状に選択されている。そして、位相がπ／２ほど異なる所定の高周波電圧を入力することで、振動体２１は励起し突起部２４に円運動または楕円運動を励起させる。
この円運動または楕円運動は、振動体２１に対して加圧状態で接触されているリニアスライダ２６に対して、振動体２１との間に摩擦力により相対的な移動力を発生させる。この
相対的な移動力により、リニアスライダ２６は矢印のような直線の往復駆動が可能となる。
短軸方向の１次の曲げ振動モードの２つの曲げ振動モードの共振周波数が略一致するような形状に選択されている。そして、位相がπ／２ほど異なる所定の高周波電圧を入力することで、振動体２１は励起し突起部２４に円運動または楕円運動を励起させる。
この円運動または楕円運動は、振動体２１に対して加圧状態で接触されているリニアスライダ２６に対して、振動体２１との間に摩擦力により相対的な移動力を発生させる。この
相対的な移動力により、リニアスライダ２６は矢印のような直線の往復駆動が可能となる。
この積層圧電素子２３の製造は、初めに圧電材料粉末と有機バインダからドクターブレ
ード法などの方法により圧電層となるグリーンシートを作り、このグリーンシート上の所定位置に電極材料ペーストを印刷して電極層とする。
そして、このグリーンシートを所定の枚数平面状に重ね、加圧して積層化する。この後、圧電層と電極層を同時焼成により一体化し、その後に分極処理を施し、最終的に機械加工を行い所定の寸法に仕上げる。
また、特許文献２では、基板の少なくとも一方の面上に、電極材料と圧電材料を順次層状に積層し、熱処理によって一体化した一体積層構造を有する圧電電歪膜型アクチュエータが提案されている。
さらに、特許文献３では、基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、その圧電素子の振動エネルギーによって基板を振動させ、振動エネルギーを出力する振動体において、圧電素子と基板の間に設けられたガラス粉末を含むセラミックス層からなる接合層を介し、圧電素子が基板に固定されている振動体が提案されている。
ード法などの方法により圧電層となるグリーンシートを作り、このグリーンシート上の所定位置に電極材料ペーストを印刷して電極層とする。
そして、このグリーンシートを所定の枚数平面状に重ね、加圧して積層化する。この後、圧電層と電極層を同時焼成により一体化し、その後に分極処理を施し、最終的に機械加工を行い所定の寸法に仕上げる。
また、特許文献２では、基板の少なくとも一方の面上に、電極材料と圧電材料を順次層状に積層し、熱処理によって一体化した一体積層構造を有する圧電電歪膜型アクチュエータが提案されている。
さらに、特許文献３では、基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、その圧電素子の振動エネルギーによって基板を振動させ、振動エネルギーを出力する振動体において、圧電素子と基板の間に設けられたガラス粉末を含むセラミックス層からなる接合層を介し、圧電素子が基板に固定されている振動体が提案されている。
上記した図８に示す従来例の振動波駆動装置の振動体２１では、積層圧電素子２３と金属からなる振動板（以後、基板と呼ぶ）２２は、樹脂からなる接着剤で接着されている。
しかし、樹脂の接着剤は圧電素子や金属に比べ柔軟であるため、振動体の振動減衰は大きくなり、とくに樹脂の温度が高くなると、振動波駆動装置は効率の低下を起こしていた。
また、小型化した場合に、接着層の厚さのばらつきや接着による位置精度が小型の振動波駆動装置の性能に与える影響も大きくなり、小型の振動波駆動装置の性能のばらつきも大きくなっていた。
さらに、従来の積層圧電素子の製造方法は、圧電材料粉末から作るグリーンシート成形機や積層用プレス、機械加工機など製造装置の設備投資額が大きく、製造コストを高くする一因となっていた。
しかし、樹脂の接着剤は圧電素子や金属に比べ柔軟であるため、振動体の振動減衰は大きくなり、とくに樹脂の温度が高くなると、振動波駆動装置は効率の低下を起こしていた。
また、小型化した場合に、接着層の厚さのばらつきや接着による位置精度が小型の振動波駆動装置の性能に与える影響も大きくなり、小型の振動波駆動装置の性能のばらつきも大きくなっていた。
さらに、従来の積層圧電素子の製造方法は、圧電材料粉末から作るグリーンシート成形機や積層用プレス、機械加工機など製造装置の設備投資額が大きく、製造コストを高くする一因となっていた。
そこで、上記した従来例の特許文献２のように、積層圧電素子の製造と同時に、接着層を設けずに基板に積層圧電素子を直接に固定（接合）することが考えられた。しかし、セラミックス基板と貴金属である電極層とは化学反応が少なく接合強度が低い。そのため、圧電素子は、焼成時にセラミックスの基板から剥離を起こし易く、アクチュエータの振動により剥離することもあった。
そこでさらに、上記した従来例の特許文献３のように、圧電素子と基板の間に設けられたガラス粉末を含む接合層を介し圧電素子とセラミックス基板の同時焼成を行い、ガラス粉末を溶融させて圧電素子と基板とが接合した振動体が提案されている。しなしながら、この振動体の性能向上が望まれていた。
そこでさらに、上記した従来例の特許文献３のように、圧電素子と基板の間に設けられたガラス粉末を含む接合層を介し圧電素子とセラミックス基板の同時焼成を行い、ガラス粉末を溶融させて圧電素子と基板とが接合した振動体が提案されている。しなしながら、この振動体の性能向上が望まれていた。
本発明は、上記課題に鑑み、安価な構成で小型化に伴う振動の減衰を抑制して、振動エネルギーの損失が少なく、効率良く振動エネルギーを出力することが可能な振動体とその製造方法及び振動波駆動装置の提供を目的とする。
本発明の振動体は、基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、前記圧電素子の振動エネルギーによって前記基板を振動させ、振動エネルギーを出力する振動体であって、
前記基板と前記圧電素子との間に、厚さが前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満とされたセラミックス層が設けられ、
前記セラミックス層を介して前記圧電素子が前記基板に固定されていることを特徴とするとする。
また、本発明の振動波駆動装置は、上記した振動体を駆動動力源として構成されていることを特徴とする。
また、本発明の振動体の製造方法は、圧電層と電極層を有する圧電素子を、セラミックス層を介して基板に固定した振動体を製造する振動体の製造方法であって、
前記基板の上に、前記セラミックス層として溶融したガラス成分を含んだガラス粉末が混合されているセラミックス層を形成するに際し、
前記ガラス粉末として、必須成分として酸化ケイ素、酸化ホウ素と、さらに少なくとも１種類以上のアルカリ土類金属酸化物が含まれたガラス粉末を用い、
該ガラス粉末を前記セラミックス層のセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％以上、１０重量％以下、添加したセラミックス層を、前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満の厚さで前記基板の上に形成する工程と、
前記基板の上に形成されたセラミックス層上に、前記圧電素子を形成する工程と、
前記基板と前記セラミックス層と前記圧電素子とを、同時に焼成してこれらを一体化する工程と、
を有することを特徴とする。
前記基板と前記圧電素子との間に、厚さが前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満とされたセラミックス層が設けられ、
前記セラミックス層を介して前記圧電素子が前記基板に固定されていることを特徴とするとする。
また、本発明の振動波駆動装置は、上記した振動体を駆動動力源として構成されていることを特徴とする。
また、本発明の振動体の製造方法は、圧電層と電極層を有する圧電素子を、セラミックス層を介して基板に固定した振動体を製造する振動体の製造方法であって、
前記基板の上に、前記セラミックス層として溶融したガラス成分を含んだガラス粉末が混合されているセラミックス層を形成するに際し、
前記ガラス粉末として、必須成分として酸化ケイ素、酸化ホウ素と、さらに少なくとも１種類以上のアルカリ土類金属酸化物が含まれたガラス粉末を用い、
該ガラス粉末を前記セラミックス層のセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％以上、１０重量％以下、添加したセラミックス層を、前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満の厚さで前記基板の上に形成する工程と、
前記基板の上に形成されたセラミックス層上に、前記圧電素子を形成する工程と、
前記基板と前記セラミックス層と前記圧電素子とを、同時に焼成してこれらを一体化する工程と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、安価な構成で小型化に伴う振動の減衰を抑制して、振動エネルギーの損失が少なく、効率良く振動エネルギーを出力することが可能な振動体とその製造方法及び振動波駆動装置を実現することができる。
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した振動体の構成例について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
具体的には、本実施例の振動体は、図１に示すように、振動体１ａが、振動波駆動装置に
適用することを想定した縦振動を起こす振動体として構成されている。図１（ｂ）は、図１（ｃ）に示した一点鎖線部の断面が示されている。
本実施例の振動体１ａは、基板２ａに、圧電層と電極層を有する圧電素子３ａが接合され、圧電素子３ａの振動エネルギーによって基板２ａも振動させ、振動体１ａの振動エネルギーを出力するように構成されている。
この振動体１ａは板状の基板２ａと圧電素子３ａとを有し、両者の間には、焼成時にガラス粉末が溶融したガラス成分を含んだセラミックス層４ａを設けている。圧電素子３ａは、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａが順次積層され、電極層５ａと７ａは圧電層６ａを挟んで対向している。
この振動体１ａは後述するように、基板２ａ上のセラミックス層４ａと電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａとが一緒に同時焼成されて、圧電素子３ａの焼成と圧電素子３ａが接合層であるセラミックス層４ａを介して基板２ａに接合され一体化される。
すなわち、振動エネルギーの発生源として機能する圧電素子３ａと、その振動エネルギーにより振動する振動板として機能する基板２ａとが、接合のためのセラミックス層４ａを介して接合され、振動体１ａとして一体化されている。
また、外部電源との電気的な導通は電極層５ａ、７ａの上に、２本の導電線８を導電ペーストやハンダ等で接合することにより図られている。
実施例１として、本発明を適用した振動体の構成例について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
具体的には、本実施例の振動体は、図１に示すように、振動体１ａが、振動波駆動装置に
適用することを想定した縦振動を起こす振動体として構成されている。図１（ｂ）は、図１（ｃ）に示した一点鎖線部の断面が示されている。
本実施例の振動体１ａは、基板２ａに、圧電層と電極層を有する圧電素子３ａが接合され、圧電素子３ａの振動エネルギーによって基板２ａも振動させ、振動体１ａの振動エネルギーを出力するように構成されている。
この振動体１ａは板状の基板２ａと圧電素子３ａとを有し、両者の間には、焼成時にガラス粉末が溶融したガラス成分を含んだセラミックス層４ａを設けている。圧電素子３ａは、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａが順次積層され、電極層５ａと７ａは圧電層６ａを挟んで対向している。
この振動体１ａは後述するように、基板２ａ上のセラミックス層４ａと電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａとが一緒に同時焼成されて、圧電素子３ａの焼成と圧電素子３ａが接合層であるセラミックス層４ａを介して基板２ａに接合され一体化される。
すなわち、振動エネルギーの発生源として機能する圧電素子３ａと、その振動エネルギーにより振動する振動板として機能する基板２ａとが、接合のためのセラミックス層４ａを介して接合され、振動体１ａとして一体化されている。
また、外部電源との電気的な導通は電極層５ａ、７ａの上に、２本の導電線８を導電ペーストやハンダ等で接合することにより図られている。
電極層５ａ、７ａには、圧電素子３ａの振動を制御する外部電源から高周波電圧が供給され、この高周波電圧により圧電層６ａが伸縮（歪み）し、その伸縮が基板２ａと一体となり振動体１ａから振動エネルギーとして外部に出力される。圧電素子３ａがセラミックス層４ａを介して基板２ａと一体となっている振動体１ａは、後述の分極処理が施してあるので、ある一定の周波数の電圧を電極層５ａ、７ａに印加することで縦方向に振動を起こすことができる。
図２は振動体１ａの縦方向の振動の振動速度をレーザードプラー計のレーザー光１１により測定する方法を示している。図２のように、振動体１ａの中心部を２本のコンタクトピン１０で挟み保持する。
そして、電極層５ａ、７ａに導通した導電線８を介して一定の高周波電圧Ｖを印加し、高周波電圧Ｖの周波数を縦方向の振動の共振周波数（約１９０ＫＨｚ）よりも大きな周波数から小さな周波数に掃引したとき、振動体１ａの矢印の方向である縦振動の最大（共振時）の振動速度ｖを測定して振動体１ａの振動性能を評価した。
圧電素子３ａは基板２ａの中央部にある。基板２ａは長さ２５ｍｍ、幅９ｍｍで、厚さは０．２５ｍｍである。
電極層５ａ、７ａの厚さは約５μｍである。セラミックス層４ａは縦１１ｍｍ横８．５ｍｍ、電極層５ａは縦１０ｍｍ横８ｍｍ、圧電層６ａは縦９ｍｍ横８．５ｍｍ、電極層７ａは縦横８ｍｍである。
そして、電極層５ａ、７ａに導通した導電線８を介して一定の高周波電圧Ｖを印加し、高周波電圧Ｖの周波数を縦方向の振動の共振周波数（約１９０ＫＨｚ）よりも大きな周波数から小さな周波数に掃引したとき、振動体１ａの矢印の方向である縦振動の最大（共振時）の振動速度ｖを測定して振動体１ａの振動性能を評価した。
圧電素子３ａは基板２ａの中央部にある。基板２ａは長さ２５ｍｍ、幅９ｍｍで、厚さは０．２５ｍｍである。
電極層５ａ、７ａの厚さは約５μｍである。セラミックス層４ａは縦１１ｍｍ横８．５ｍｍ、電極層５ａは縦１０ｍｍ横８ｍｍ、圧電層６ａは縦９ｍｍ横８．５ｍｍ、電極層７ａは縦横８ｍｍである。
図３は、圧電層６ａの厚さを１０μｍ、セラミックス層４ａの厚さ５μｍ、１０μｍ、１５μｍとしたときの、印加電圧Ｖ（実効電圧Ｖｒｍｓ）と最大の振動速度ｖ（ｍ/ｓ）の関係を示したグラフである。図３において、Ａ、Ｂ、Ｃはセラミックス層４ａの厚さがそれぞれ５、１０、１５μｍである。振動速度ｖは電圧Ｖを４Ｖに上げると大きくなり、振動速度ｖは２ｍ／s以上に達する。
図４は、圧電層６ａの厚さは２０μｍ、セラミックス層４ａの厚さは１０μｍ、２０μｍ、３０μｍとしたときの、印加電圧Ｖ（実効電圧Ｖｒｍｓ）と最大の振動速度ｖ（ｍ/ｓ）の関係を示したグラフで、Ｄ、Ｅ、Ｆはセラミックス層４ａの厚さがそれぞれ１０、２０、３０μｍである。この場合では 図３よりも大きな電圧Ｖを印加しないと振動速度ｖは大きくならない。電圧Ｖを８Ｖまでに上げると、振動速度ｖはほぼ２ｍ／s以上に達する。
図３と４において、圧電層６ａとセラミックス層４ａの厚さは厚くなるにつれ、電圧に対する振動速度の上昇が少なくなる。これは、圧電層６ａとミックス層４ａの厚さが負荷となり、同じ印加電圧でも振動減衰（振動エネルギーの損失）が増えるためである。
図には示していないが、図３で電圧を４Ｖ以上に、図４で８Ｖ以上に上げても、振動速度ｖはやや増加はするが３ｍ／ｓ以上には上昇はしない。
この理由は、電圧を上げて入力エネルギーを増やしても、振動体１ａの発熱（温度の上昇）に変わるためである。
また、長時間（２４時間）駆動させた耐久試験の結果においては、振動速度１．８ｍ/ｓの条件で、図３と図４のＡ〜Ｆは振動により発生する応力での疲労破壊（クラックの発生）は起こらず、性能の劣化もなかった。
図３と４において、圧電層６ａとセラミックス層４ａの厚さは厚くなるにつれ、電圧に対する振動速度の上昇が少なくなる。これは、圧電層６ａとミックス層４ａの厚さが負荷となり、同じ印加電圧でも振動減衰（振動エネルギーの損失）が増えるためである。
図には示していないが、図３で電圧を４Ｖ以上に、図４で８Ｖ以上に上げても、振動速度ｖはやや増加はするが３ｍ／ｓ以上には上昇はしない。
この理由は、電圧を上げて入力エネルギーを増やしても、振動体１ａの発熱（温度の上昇）に変わるためである。
また、長時間（２４時間）駆動させた耐久試験の結果においては、振動速度１．８ｍ/ｓの条件で、図３と図４のＡ〜Ｆは振動により発生する応力での疲労破壊（クラックの発生）は起こらず、性能の劣化もなかった。
しかしながら、圧電層６ａの厚さが１０μｍではセラミックス層４ａの厚さが５μｍ以下で、また、圧電層６ａの厚さは２０μｍではセラミックス層４ａの厚さが１０μｍ以下であると、焼成時にセラミックス層４ａと電極層５ａとの間で剥離を起こし易いことわかった。その理由は次のとおりである。
焼成時に、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａが一緒に同時焼成されて圧電素子３ａは収縮を起こすものの、基板２ａはすでに焼成されたセラミックスであるので収縮は起こさないことから、基板２ａに強固に接合したセラミックス層４ａには内部応力が発生する。
このため、セラミックス層４ａの厚さが薄すぎると、発生する内部応力に耐え切れず、接合力の弱い電極層５ａとの間に剥離が起こり易くなる。
一方、基板２ａとセラミックス層４ａの間は、溶融したガラスの効果により接合力が強く剥離は起こらないこともわかった。
また、圧電層６ａもセラミックス層４ａもあまり厚くすることはそれ自体の振動損失が増え、印加電圧が大きくなり好ましくはない。
焼成時に、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａが一緒に同時焼成されて圧電素子３ａは収縮を起こすものの、基板２ａはすでに焼成されたセラミックスであるので収縮は起こさないことから、基板２ａに強固に接合したセラミックス層４ａには内部応力が発生する。
このため、セラミックス層４ａの厚さが薄すぎると、発生する内部応力に耐え切れず、接合力の弱い電極層５ａとの間に剥離が起こり易くなる。
一方、基板２ａとセラミックス層４ａの間は、溶融したガラスの効果により接合力が強く剥離は起こらないこともわかった。
また、圧電層６ａもセラミックス層４ａもあまり厚くすることはそれ自体の振動損失が増え、印加電圧が大きくなり好ましくはない。
一方、圧電層が薄いと、圧電層内の欠陥（空隙など）により圧電層の耐電圧（絶縁耐力）が小さくなり、５μｍ未満では後述の分極処理時に電気的な短絡（ショート）が起こり易くなった。このため、圧電層６ａの厚さは５μｍ以上が望ましい。
振動体１ａの圧電層６ａの厚さは、印加可能な電圧と実際の振動体１ａの損失やその他の要因を考慮して決めることが望ましい。
一方、圧電層が厚い方が、一般的にも単位当たりの厚さ（例えばμｍ当たり）に対する耐電圧（絶縁耐力）も高くなるので、さらに高い電圧を印加することも可能である。
また、スクリーン印刷での厚膜印刷では２〜３μｍ以上から３０μｍ以下が通常一般的な可能な厚さである。
以上のことから、圧電層６ａの厚さは５μｍ〜２５μｍ程度が好ましく、より好ましくは１０μｍ〜２０μｍ程度である。そして、図３と図４から、セラミックス層４ａの厚さとしては、圧電層６ａの厚さの０．５倍より大きく１倍未満であれば、印加電圧も低めで振動速度は大きくなり望ましいと言える。
振動体１ａの圧電層６ａの厚さは、印加可能な電圧と実際の振動体１ａの損失やその他の要因を考慮して決めることが望ましい。
一方、圧電層が厚い方が、一般的にも単位当たりの厚さ（例えばμｍ当たり）に対する耐電圧（絶縁耐力）も高くなるので、さらに高い電圧を印加することも可能である。
また、スクリーン印刷での厚膜印刷では２〜３μｍ以上から３０μｍ以下が通常一般的な可能な厚さである。
以上のことから、圧電層６ａの厚さは５μｍ〜２５μｍ程度が好ましく、より好ましくは１０μｍ〜２０μｍ程度である。そして、図３と図４から、セラミックス層４ａの厚さとしては、圧電層６ａの厚さの０．５倍より大きく１倍未満であれば、印加電圧も低めで振動速度は大きくなり望ましいと言える。
つぎに、振動体１ａの製造方法について説明する。
まず、板状の焼成済みのセラミックスを研削加工や切断加工により所定の寸法に仕上げ図１における基板２ａとする。
次に、セラミックス粉末と後述するガラス粉末と有機溶剤、有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った厚膜形成可能なセラミックス粉末ペーストを、基板２ａの片面の表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布されたガラス粉末を混ぜたセラミックス粉末ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱し、有機溶剤を除去し乾燥させて、セラミックス層４ａを形成する。
この後、セラミックス層４ａ上に電極層を次のように形成する。
すなわち、圧電粉末を予め混ぜた導電材料粉末と有機溶剤、有機バインダからなる有機ビ
ヒクルを混合して作った導電材料粉末ペーストをセラミックス層４ａの上にスクリーン印刷法で塗布、約１５０℃で１０分間ほど加熱し乾燥して電極層５ａを形成する。
さらに、圧電材料粉末と有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った
厚膜形成可能な圧電材料粉末ペーストを、電極層５ａの表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布された圧電材料粉末ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、有機溶剤を除去して乾燥させて、圧電層６ａを形成する。そして、電極層５ａと同様に、導電材料粉末ペーストを圧電層６ａの上にスクリーン印刷法で塗布、乾燥し、電極層７ａを形成する。
こうして、順次塗布と乾燥を繰り返し、基板２ａの上にセラミックス層４ａ、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａを形成する。
まず、板状の焼成済みのセラミックスを研削加工や切断加工により所定の寸法に仕上げ図１における基板２ａとする。
次に、セラミックス粉末と後述するガラス粉末と有機溶剤、有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った厚膜形成可能なセラミックス粉末ペーストを、基板２ａの片面の表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布されたガラス粉末を混ぜたセラミックス粉末ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱し、有機溶剤を除去し乾燥させて、セラミックス層４ａを形成する。
この後、セラミックス層４ａ上に電極層を次のように形成する。
すなわち、圧電粉末を予め混ぜた導電材料粉末と有機溶剤、有機バインダからなる有機ビ
ヒクルを混合して作った導電材料粉末ペーストをセラミックス層４ａの上にスクリーン印刷法で塗布、約１５０℃で１０分間ほど加熱し乾燥して電極層５ａを形成する。
さらに、圧電材料粉末と有機溶剤と有機バインダからなる有機ビヒクルを混合して作った
厚膜形成可能な圧電材料粉末ペーストを、電極層５ａの表面にスクリーン印刷法で印刷塗布する。
そして、この塗布された圧電材料粉末ペーストを約１５０℃で１０分間ほど加熱することにより、有機溶剤を除去して乾燥させて、圧電層６ａを形成する。そして、電極層５ａと同様に、導電材料粉末ペーストを圧電層６ａの上にスクリーン印刷法で塗布、乾燥し、電極層７ａを形成する。
こうして、順次塗布と乾燥を繰り返し、基板２ａの上にセラミックス層４ａ、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａを形成する。
このようにして形成された基板２ａの上のセラミック層４ａと、積層化された電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａからなる圧電素子３ａはまだ未焼成状態である。そこで、電気炉を用いて室温から５００℃まで加熱して有機バインダを除去した後、鉛雰囲気中で９００℃〜９５０℃で焼成した。
すなわち、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａ及び基板２ａとセラミックス層４ａを同時に焼成して、圧電素子の焼成による製造と圧電素子３ａとセラミックス層４ａ、基板２ａとの接合（一体化）を同時に行なった。
その後、電極層５ａ、７ａに導電線８を導電ペーストやハンダ等で固定し導通させ、導電線８を介して電極層５ａ、７ａの間に電圧を印加し、圧電層６ａに分極処理を施した。
分極処理の条件は、温度１７０〜２００℃の高温にしたホットプレート上で、電極層５ａをグランド（Ｇ）とし、電極層７ａをプラス（＋）として、所定の直流電圧（圧電層６ａの厚さ当たり約１Ｖ／μｍ相当）を印加して、約３０分間かけて分極処理を行った。
ここで、圧電層６ａは分極処理が施され圧電活性部として変位を発生させる層であり、この層の圧電特性が振動板の振動特性や振動波駆動装置の性能に直接関係する。
すなわち、電極層５ａ、圧電層６ａ、電極層７ａ及び基板２ａとセラミックス層４ａを同時に焼成して、圧電素子の焼成による製造と圧電素子３ａとセラミックス層４ａ、基板２ａとの接合（一体化）を同時に行なった。
その後、電極層５ａ、７ａに導電線８を導電ペーストやハンダ等で固定し導通させ、導電線８を介して電極層５ａ、７ａの間に電圧を印加し、圧電層６ａに分極処理を施した。
分極処理の条件は、温度１７０〜２００℃の高温にしたホットプレート上で、電極層５ａをグランド（Ｇ）とし、電極層７ａをプラス（＋）として、所定の直流電圧（圧電層６ａの厚さ当たり約１Ｖ／μｍ相当）を印加して、約３０分間かけて分極処理を行った。
ここで、圧電層６ａは分極処理が施され圧電活性部として変位を発生させる層であり、この層の圧電特性が振動板の振動特性や振動波駆動装置の性能に直接関係する。
基板２ａの材質としては、入手し易く安価である、焼成済みのセラミックスであるアルミナ（酸化アルミニウム）が金属よりも振動の減衰が少ない材料（振動体としてエネルギー損失が少ない材料）であり好ましい。
アルミナは純度が低くなると機械的な強度が劣り、振動体としての振動の減衰も大きくなるので、アルミナの純度が９９．５重量％以上、９９．９９重量％以下の高純度のアルミナがより好ましい。また、アルミナは硬質で耐摩耗性に優れているので、振動波駆動装置の振動体の接触（摩擦）部としても好適である。
ただし、基板２ａは、ガラス粉末をあらかじめ混ぜてあるセラミック層４ａと安定な結合が起こる材質であれば良い。
アルミナのほかにも基板としては、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミ、窒化ケイ素など通常のセラミックスであってもセラミック層４ａにはガラス粉末をあらかじめ混ぜてあるため、焼成により溶融したガラス成分は基板２や電極層５ａとの密着強度を高め、接合が可能となる。
アルミナは純度が低くなると機械的な強度が劣り、振動体としての振動の減衰も大きくなるので、アルミナの純度が９９．５重量％以上、９９．９９重量％以下の高純度のアルミナがより好ましい。また、アルミナは硬質で耐摩耗性に優れているので、振動波駆動装置の振動体の接触（摩擦）部としても好適である。
ただし、基板２ａは、ガラス粉末をあらかじめ混ぜてあるセラミック層４ａと安定な結合が起こる材質であれば良い。
アルミナのほかにも基板としては、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミ、窒化ケイ素など通常のセラミックスであってもセラミック層４ａにはガラス粉末をあらかじめ混ぜてあるため、焼成により溶融したガラス成分は基板２や電極層５ａとの密着強度を高め、接合が可能となる。
圧電層６ａを形成するための圧電材料としては、鉛を含んだペロブスカイト型の結晶構造を有するジルコン酸鉛とチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）を主成分とし、複数の金属元素からなる化合物を少量添加して固溶させた三成分系や多成分系の圧電材料粉末に酸化銅を添加し、低温での焼結を可能とした圧電材料粉末を使用した。
良好な圧電特性が得られる焼成温度は９００〜９５０℃である。従来の圧電材料粉末より２００℃ほど焼成温度を下げることができた。
電極層５ａ、７ａを形成するための導電材料粉末ペーストとしては、銀もしくは銀とパラジウム、もしくはパラジウム単独を主成分とする導電材料の他に予め圧電材料粉末を１５重量％添加したものを使用した。
導電材料粉末ペーストは基本的に金属であるので焼結し易く収縮が大きく早いので、電極層５ａに圧電粉末を混ぜることで導電材料粉末の焼成による収縮を抑制して、セラミックス層４ａや圧電層６ａと剥離し難くなるようにしている。
さらに、同時に、混ぜた圧電粉末とセラミックス層との反応も期待できる。ただし、添加する圧電材料粉末は、圧電層６ａと同一成分か、または主成分が同じジルコン酸鉛とチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）であっても同様の効果が得られる。
銀とパラジウムの混合比は焼成温度に依存し、圧電材料の焼成温度に応じて、パラジウムの混合比を０〜１００％の範囲で調整する。焼成温度が９００〜９５０℃であれば、銀１００重量％または、電気的なマイグレーションの発生を防ぐために銀９５〜９８重量％、パラジウム２〜５重量％が望ましい。
良好な圧電特性が得られる焼成温度は９００〜９５０℃である。従来の圧電材料粉末より２００℃ほど焼成温度を下げることができた。
電極層５ａ、７ａを形成するための導電材料粉末ペーストとしては、銀もしくは銀とパラジウム、もしくはパラジウム単独を主成分とする導電材料の他に予め圧電材料粉末を１５重量％添加したものを使用した。
導電材料粉末ペーストは基本的に金属であるので焼結し易く収縮が大きく早いので、電極層５ａに圧電粉末を混ぜることで導電材料粉末の焼成による収縮を抑制して、セラミックス層４ａや圧電層６ａと剥離し難くなるようにしている。
さらに、同時に、混ぜた圧電粉末とセラミックス層との反応も期待できる。ただし、添加する圧電材料粉末は、圧電層６ａと同一成分か、または主成分が同じジルコン酸鉛とチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）であっても同様の効果が得られる。
銀とパラジウムの混合比は焼成温度に依存し、圧電材料の焼成温度に応じて、パラジウムの混合比を０〜１００％の範囲で調整する。焼成温度が９００〜９５０℃であれば、銀１００重量％または、電気的なマイグレーションの発生を防ぐために銀９５〜９８重量％、パラジウム２〜５重量％が望ましい。
本実施例ではセラミックス層４ａはセラミックス粉末として、圧電層６ａと同じ圧電材料粉末にガラス粉末を添加してセラミックス粉末ペーストを作っている。
ガラス粉末としては、酸化ケイ素、酸化ボロン（酸化ホウ素）を含み、その他に、酸化ビスマス、アルミナ、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物を混ぜる。そして、一度溶融させ、溶融したガラスを平均粒径１〜２μｍに微粉砕したガラス粉末（ガラスフリットとも呼ぶ）を使用した。
このガラス粉末を、圧電材料粉末の０．２重量％から１０重量％ほど添加しペーストとした。酸化ケイ素、酸化ボロンの配合比率を変えることでガラスの軟化点を、圧電セラミックスの焼成温度に応じて変えることができる。また、添加元素を選ぶことで基板との反応を増すことも可能である。
ガラス粉末としては、酸化ケイ素、酸化ボロン（酸化ホウ素）を含み、その他に、酸化ビスマス、アルミナ、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物を混ぜる。そして、一度溶融させ、溶融したガラスを平均粒径１〜２μｍに微粉砕したガラス粉末（ガラスフリットとも呼ぶ）を使用した。
このガラス粉末を、圧電材料粉末の０．２重量％から１０重量％ほど添加しペーストとした。酸化ケイ素、酸化ボロンの配合比率を変えることでガラスの軟化点を、圧電セラミックスの焼成温度に応じて変えることができる。また、添加元素を選ぶことで基板との反応を増すことも可能である。
セラミックス層４ａに含まれたガラス粉末は焼結時に溶融し軟化し流動化する。
そして、基板２ａや電極層５ａとの界面にガラス粉末の溶融したガラス成分は比較的多く集まり化学的に結合し易くなるものと考えられる。ただし、ガラスとの反応は、セラミックスである基板２ａの方が貴金属である電極層５ａよりも強く、接合力も強い。
また、振動体１ａの振動時には圧電活性層である圧電層６ａは伸縮し振動を起こすが、セラミックス層４ａは基板２ａの緩衝材となり、圧電素子３ａの破壊を防ぐことになる。
ガラス粉末はセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％未満では基板２ａとの接合の効果が少ない。
ただし、１０重量％を越えるとガラス粉末の欠点として基板２ａへの溶融したガラス成分の拡散が大きく、基板２ａの機械的な特性を劣化させ、セラミックス層４ａ自体の機械的な性質も劣化させる。
このようなことから、このガラス粉末は、セラミックス層４ａのセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％以上、１０重量％以下とした。
そして、基板２ａや電極層５ａとの界面にガラス粉末の溶融したガラス成分は比較的多く集まり化学的に結合し易くなるものと考えられる。ただし、ガラスとの反応は、セラミックスである基板２ａの方が貴金属である電極層５ａよりも強く、接合力も強い。
また、振動体１ａの振動時には圧電活性層である圧電層６ａは伸縮し振動を起こすが、セラミックス層４ａは基板２ａの緩衝材となり、圧電素子３ａの破壊を防ぐことになる。
ガラス粉末はセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％未満では基板２ａとの接合の効果が少ない。
ただし、１０重量％を越えるとガラス粉末の欠点として基板２ａへの溶融したガラス成分の拡散が大きく、基板２ａの機械的な特性を劣化させ、セラミックス層４ａ自体の機械的な性質も劣化させる。
このようなことから、このガラス粉末は、セラミックス層４ａのセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％以上、１０重量％以下とした。
また、セラミックス層４ａのセラミックス粉末としては、圧電素子の焼成温度でセラミックスの焼結が起こり、かつ、基板と圧電素子との結合に対して有効な機械的な強度を有しているセラミックスなら使用は可能である。例えば、基板の材質と同じ材質のセラミックス粉末（本例であればアルミナ粉末）でも、基板との相性が良いので好ましい。
前述のジルコン酸鉛とチタン酸鉛からなる圧電材料粉末以外の例えば、同じく圧電性を有するチタン酸バリウム系やチタン酸ビスマスナトリウム系などの非鉛系の圧電材料で作る圧電素子に対しては、同種のチタン酸バリウム系やチタン酸ビスマスナトリウム系の粉末をセラミックス層として用いることも有効である。
ガラス粉末の利点として、焼成温度や機械強度の適したガラス粉末の化学組成分の調整が容易で可能であることであり、多種の基板やセラミックスの材質に応用が可能である。
前述のジルコン酸鉛とチタン酸鉛からなる圧電材料粉末以外の例えば、同じく圧電性を有するチタン酸バリウム系やチタン酸ビスマスナトリウム系などの非鉛系の圧電材料で作る圧電素子に対しては、同種のチタン酸バリウム系やチタン酸ビスマスナトリウム系の粉末をセラミックス層として用いることも有効である。
ガラス粉末の利点として、焼成温度や機械強度の適したガラス粉末の化学組成分の調整が容易で可能であることであり、多種の基板やセラミックスの材質に応用が可能である。
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の振動体の構成例を図５を用いて説明する。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
図５に示す振動体１ｂは、従来例で示したリニア駆動する振動波駆動装置に適用することを想定したものである。なお、製造方法や用いた基板、圧電層、電極層、セラミックス層は実施例１と基本的に同じである。
この振動体１ｂは、板状の基板２ｂと圧電素子３ｂとを有し、両者の間にはガラス粉末を含んだセラミックスからなるセラミックス層４ｂを設けている。この基板２ｂと圧電素子３ｂはセラミックス層４ｂを介して、後述するように同時焼成により固定され一体化されたものである。
すなわち、振動エネルギー発生源として機能する圧電素子３ｂは、その振動エネルギーに
より振動する基板２ｂと、セラミックス層４ｂを介して固定され一体化され、振動体１ｂとして機能する圧電素子３ｂにおいては、電極層５ｂ−１、５ｂ−２、圧電層６ｂ、電極層７ｂ−１、７ｂ−２が順次積層されている。
電極層５ｂは２つの電極層５ｂ−１、５ｂ−２に分割され絶縁状態にある。同様に、電極層７ｂも同様に２つの電極層７ｂ−１、７ｂ−２に分割されて絶縁状態にある。２つに分割されたそれぞれの電極層５ｂ−１、５ｂ−２と電極層７ｂ−１、７ｂ−２は圧電層６ｂを挟んで対向している。
実施例２として、実施例１と異なる形態の振動体の構成例を図５を用いて説明する。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
図５に示す振動体１ｂは、従来例で示したリニア駆動する振動波駆動装置に適用することを想定したものである。なお、製造方法や用いた基板、圧電層、電極層、セラミックス層は実施例１と基本的に同じである。
この振動体１ｂは、板状の基板２ｂと圧電素子３ｂとを有し、両者の間にはガラス粉末を含んだセラミックスからなるセラミックス層４ｂを設けている。この基板２ｂと圧電素子３ｂはセラミックス層４ｂを介して、後述するように同時焼成により固定され一体化されたものである。
すなわち、振動エネルギー発生源として機能する圧電素子３ｂは、その振動エネルギーに
より振動する基板２ｂと、セラミックス層４ｂを介して固定され一体化され、振動体１ｂとして機能する圧電素子３ｂにおいては、電極層５ｂ−１、５ｂ−２、圧電層６ｂ、電極層７ｂ−１、７ｂ−２が順次積層されている。
電極層５ｂは２つの電極層５ｂ−１、５ｂ−２に分割され絶縁状態にある。同様に、電極層７ｂも同様に２つの電極層７ｂ−１、７ｂ−２に分割されて絶縁状態にある。２つに分割されたそれぞれの電極層５ｂ−１、５ｂ−２と電極層７ｂ−１、７ｂ−２は圧電層６ｂを挟んで対向している。
また、外部電源との電気的な導通と分極処理は、２つに分割された電極層５ｂ−１、５ｂ−２と７ｂ−１、７ｂ−２のそれぞれの表面上に導電線８を導電ペーストやハンダ等に固定することにより行われる。
その後、実施例１と基本的に同じように、電極層５ｂ−１と７ｂ−１、５ｂ−２と７ｂ−２をそれぞれグランド（Ｇ）とプラス（＋）として導電線８を介して電圧を印加し、圧電層６ｂのこれらの電極層が対向する領域に分極処理を施した。分極処理の条件は、温度１７０〜２００℃の高温にしたホットプレート上で、グランド（Ｇ）とプラス（＋）間に所定の直流電圧（圧電層６ｂの厚さ当たり約１Ｖ／μｍ相当）を印加して、約３０分間かけて分極処理を行った。
ここで、分極処理が施され領域は圧電活性部として変位を発生させる層であり、この層の圧電特性が直接に振動板の振動特性や振動波駆動装置の性能に直接関係する。
その後、実施例１と基本的に同じように、電極層５ｂ−１と７ｂ−１、５ｂ−２と７ｂ−２をそれぞれグランド（Ｇ）とプラス（＋）として導電線８を介して電圧を印加し、圧電層６ｂのこれらの電極層が対向する領域に分極処理を施した。分極処理の条件は、温度１７０〜２００℃の高温にしたホットプレート上で、グランド（Ｇ）とプラス（＋）間に所定の直流電圧（圧電層６ｂの厚さ当たり約１Ｖ／μｍ相当）を印加して、約３０分間かけて分極処理を行った。
ここで、分極処理が施され領域は圧電活性部として変位を発生させる層であり、この層の圧電特性が直接に振動板の振動特性や振動波駆動装置の性能に直接関係する。
基板２ｂは、長さ９ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍであり、圧電素子３ｂを設けた面と反対側には高さ０．２５ｍｍの２個の突起部１５を設けている。
実施例１の結果を踏まえて、圧電素子３ｂの圧電層６ｂの厚さは１０μｍ、電極層５ｂ、７ｂの厚さは約５μｍである。
また、セラミックス層４ｂの厚さは７．５μｍである。突起部１５はアルミナの基板２ｂの裏面にブラスト加工により突起部１５以外を削り取ることにより形成が可能である。
２つに分割された電極層５ｂ−１と７ｂ−１、５ｂ−２と７ｂ−２の間には、圧電素子３ｂの振動を制御する外部電源から位相の異なる２つの高周波電圧が供給される。
これらの高周波電圧により２つに分割された電極層５ｂ−１と７ｂ−１、５ｂ−２と７ｂ−２の対向する圧電層６ｂの圧電活性部がそれぞれ伸縮し、その伸縮がセラミックス層４ｂを介して基板２ｂに伝わり、全体として振動体１ｂが振動する。
実施例１の結果を踏まえて、圧電素子３ｂの圧電層６ｂの厚さは１０μｍ、電極層５ｂ、７ｂの厚さは約５μｍである。
また、セラミックス層４ｂの厚さは７．５μｍである。突起部１５はアルミナの基板２ｂの裏面にブラスト加工により突起部１５以外を削り取ることにより形成が可能である。
２つに分割された電極層５ｂ−１と７ｂ−１、５ｂ−２と７ｂ−２の間には、圧電素子３ｂの振動を制御する外部電源から位相の異なる２つの高周波電圧が供給される。
これらの高周波電圧により２つに分割された電極層５ｂ−１と７ｂ−１、５ｂ−２と７ｂ−２の対向する圧電層６ｂの圧電活性部がそれぞれ伸縮し、その伸縮がセラミックス層４ｂを介して基板２ｂに伝わり、全体として振動体１ｂが振動する。
図７は、実施例２の振動板１ｂを駆動動力源として組込んだリニア型振動波駆動装置の構成を示す図である。
リニア駆動の原理は従来例と同じである。
リニアスライダ１６は加圧された状態で突起部１５に接触する。そして、圧電素子３ｂの振動で振動板１ｂが振動し突起部１５に励起された楕円運動により、被駆動体であるリニ
アスライダ１６が矢印の方向に往復駆動する。突起部１５は振動板１ｂと同じアルミナからなり、耐摩耗性を有している。
リニア駆動の原理は従来例と同じである。
リニアスライダ１６は加圧された状態で突起部１５に接触する。そして、圧電素子３ｂの振動で振動板１ｂが振動し突起部１５に励起された楕円運動により、被駆動体であるリニ
アスライダ１６が矢印の方向に往復駆動する。突起部１５は振動板１ｂと同じアルミナからなり、耐摩耗性を有している。
［実施例３］
実施例３として、上記実施例１、２と異なる形態の振動体の構成例を図６を用いて説明する。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
本実施例の振動体１ｃは、図６のように、板状の基板２ｃの上に、つぎのように各層が順次重ねられている。
すなわち、板状の基板２ｃの上に、セラミックス層４ｃを介して積層型の圧電素子３ｃとしての電極層５ｃ−１、５ｃ−２、圧電層６ｃ−１、電極層７ｃ−１、７ｃ−２、圧電層６ｃ−２、電極層７ｃ−３、７ｃ−４が順次重ねられている。そして、電極層５ｃ−１、５ｃ−２は２つに分割されそれぞれ絶縁状態ある。同様に、電極層７ｃ−１、７ｃ−２と電極層７ｃ−３、７ｃ−４も２つに分割されそれぞれ絶縁状態にある。
２つに分割された電極層５ｃ−１、５ｃ−２と電極層７ｃ−１、７ｃ−２は圧電層６ｃ−１を挟んで、それぞれは対向している。
同様に、２つに分割された電極層７ｃ−１、７ｃ−２と電極層７ｃ−３、７ｃ−４は圧電層６ｃ−２を挟んで、それぞれは対向している。
実施例３として、上記実施例１、２と異なる形態の振動体の構成例を図６を用いて説明する。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
本実施例の振動体１ｃは、図６のように、板状の基板２ｃの上に、つぎのように各層が順次重ねられている。
すなわち、板状の基板２ｃの上に、セラミックス層４ｃを介して積層型の圧電素子３ｃとしての電極層５ｃ−１、５ｃ−２、圧電層６ｃ−１、電極層７ｃ−１、７ｃ−２、圧電層６ｃ−２、電極層７ｃ−３、７ｃ−４が順次重ねられている。そして、電極層５ｃ−１、５ｃ−２は２つに分割されそれぞれ絶縁状態ある。同様に、電極層７ｃ−１、７ｃ−２と電極層７ｃ−３、７ｃ−４も２つに分割されそれぞれ絶縁状態にある。
２つに分割された電極層５ｃ−１、５ｃ−２と電極層７ｃ−１、７ｃ−２は圧電層６ｃ−１を挟んで、それぞれは対向している。
同様に、２つに分割された電極層７ｃ−１、７ｃ−２と電極層７ｃ−３、７ｃ−４は圧電層６ｃ−２を挟んで、それぞれは対向している。
実施例２に係る振動体では圧電層６ｂは１層であったが、実施例３に係る振動体では圧電層６ｃ−１、６ｃ−２と２層になっている。すなわち、本実施例では、実施例２に対して圧電層と電極層を１層ずつさらに加えた積層圧電素子となっており、他は基本的に実施例２と同じである。
圧電層を２層とした本実施例では、圧電層が１層である実施例２よりも、低電圧化や高変位（歪）を図ることができる。圧電層を３層以上にし、さらなる低電圧化を図ることも可能である。
圧電層を２層とした本実施例では、圧電層が１層である実施例２よりも、低電圧化や高変位（歪）を図ることができる。圧電層を３層以上にし、さらなる低電圧化を図ることも可能である。
本実施例の振動体１ｃは、例えば、基板は長さ１２ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍである。
なお、製造方法や用いた基板、圧電層、電極層、セラミックス層は実施例１と基本的に同じである。
また、外部電源との電気的な導通と分極処理のために、６つの、２つに分割された電極層５ｃ−１、５ｃ−２、７ｃ−１、７ｃ−２、７ｃ−３、７ｃ−４の表面に６本の導電線８がハンダ等に固定されている。
その後、実施例１と基本的に同じように、導電線８を介して電極層５ｃ−１と７ｃ−１、７ｃ−１と７ｃ−３、電極層５ｃ−２と７ｃ−２、７ｃ−２と７ｃ−４の間に、電極層７ｃ−１、７ｃ−２グランド（Ｇ）とし、
電極層５ｃ−１、７ｃ−３、５ｃ−２と７ｃ−４をプラス（＋）として温度１７０〜２００℃の高温にしたホットプレート上で、直流電圧（圧電層６ｂの厚さ当たり約１Ｖ／μｍ相当）を印加して、約３０分間かけて分極処理を行った。
分極処理の施された圧電層６ｃ−１と圧電層６ｃ−２の電極層で挟まれた領域は圧電活性部として変位を発生させる層であり、この層の圧電特性が振動板の振動特性や振動波駆動装置の性能に直接関係する。
圧電素子３ｃの圧電層６ｃ−１と６ｃ−２の厚さは約２０μｍ、電極層５ｃ−１、５ｃ−２、７ｃ−１、７ｃ−２、７ｃ−３、７ｃ−４の厚さは約５μｍである。
また、セラミックス層４ｃの厚さは約１５μｍである。基板２ｃには高さ０．２５ｍｍの２個の突起部１５が設けられている。突起部１５はアルミナの基板の裏面にブラスト加工により突起部１５以外を削り取ることにより形成が可能である。
電極層５ｃ−１、７ｃ−１、７ｃ−３と電極層５ｃ−２、７ｃ−２、７ｃ−４の間には、圧電素子３ｃの振動を制御する外部電源から位相の異なる高周波電圧がそれぞれに供給される。
そして、電極層５ｃ−１、７ｃ−１、７ｃ−３、電極層５ｃ−２、７ｃ−２、７ｃ−４との対向する圧電層６ｃ−１と圧電層６ｃ−２のそれぞれの圧電活性部が伸縮し（歪み）、その伸縮がセラミックス層４ｃを介して基板２ｃに伝わり、全体として振動体１ｃが振動する。
なお、製造方法や用いた基板、圧電層、電極層、セラミックス層は実施例１と基本的に同じである。
また、外部電源との電気的な導通と分極処理のために、６つの、２つに分割された電極層５ｃ−１、５ｃ−２、７ｃ−１、７ｃ−２、７ｃ−３、７ｃ−４の表面に６本の導電線８がハンダ等に固定されている。
その後、実施例１と基本的に同じように、導電線８を介して電極層５ｃ−１と７ｃ−１、７ｃ−１と７ｃ−３、電極層５ｃ−２と７ｃ−２、７ｃ−２と７ｃ−４の間に、電極層７ｃ−１、７ｃ−２グランド（Ｇ）とし、
電極層５ｃ−１、７ｃ−３、５ｃ−２と７ｃ−４をプラス（＋）として温度１７０〜２００℃の高温にしたホットプレート上で、直流電圧（圧電層６ｂの厚さ当たり約１Ｖ／μｍ相当）を印加して、約３０分間かけて分極処理を行った。
分極処理の施された圧電層６ｃ−１と圧電層６ｃ−２の電極層で挟まれた領域は圧電活性部として変位を発生させる層であり、この層の圧電特性が振動板の振動特性や振動波駆動装置の性能に直接関係する。
圧電素子３ｃの圧電層６ｃ−１と６ｃ−２の厚さは約２０μｍ、電極層５ｃ−１、５ｃ−２、７ｃ−１、７ｃ−２、７ｃ−３、７ｃ−４の厚さは約５μｍである。
また、セラミックス層４ｃの厚さは約１５μｍである。基板２ｃには高さ０．２５ｍｍの２個の突起部１５が設けられている。突起部１５はアルミナの基板の裏面にブラスト加工により突起部１５以外を削り取ることにより形成が可能である。
電極層５ｃ−１、７ｃ−１、７ｃ−３と電極層５ｃ−２、７ｃ−２、７ｃ−４の間には、圧電素子３ｃの振動を制御する外部電源から位相の異なる高周波電圧がそれぞれに供給される。
そして、電極層５ｃ−１、７ｃ−１、７ｃ−３、電極層５ｃ−２、７ｃ−２、７ｃ−４との対向する圧電層６ｃ−１と圧電層６ｃ−２のそれぞれの圧電活性部が伸縮し（歪み）、その伸縮がセラミックス層４ｃを介して基板２ｃに伝わり、全体として振動体１ｃが振動する。
図７は、実施例３に係る振動体１ｃを駆動動力源として組込んだリニア型振動波駆動装置の構成を示す図である。リニア駆動の原理は従来例と同じである。リニアスライダ１６は加圧された状態で突起部１５に接触し、圧電素子３ｃの振動で振動板１ｃが振動し突起部１５に励起された楕円運動により、被駆動体であるリニアスライダ１６が往復駆動する。
上記実施例では電極層と外部電源との導通は導電線８を用いて行ったが、導電線８の代わりに例えば、フレキシブル回路基板で電極層と外部電源との導通を図るようにしても良い。
基板上に層を形成するスクリーン印刷法は、前述のグリーンシートによる積層に比べて、より薄くて高精度な厚さの層の形成が容易であるばかりでなく、塗布位置を高精度に制御可能であり焼結後の機械加工も必要としない。
そして、製造設備も安価であり、これらの結果として製造コストは従来の圧電素子と比べたいへんに安価となる。
上記実施例では電極層と外部電源との導通は導電線８を用いて行ったが、導電線８の代わりに例えば、フレキシブル回路基板で電極層と外部電源との導通を図るようにしても良い。
基板上に層を形成するスクリーン印刷法は、前述のグリーンシートによる積層に比べて、より薄くて高精度な厚さの層の形成が容易であるばかりでなく、塗布位置を高精度に制御可能であり焼結後の機械加工も必要としない。
そして、製造設備も安価であり、これらの結果として製造コストは従来の圧電素子と比べたいへんに安価となる。
１ａ、１ｂ、１ｃ：振動体
２ａ、２ｂ、２ｃ：基板
３ａ、３ｂ、３ｃ：圧電素子
４ａ、４ｂ、４ｃ：セラミックス層
５ａ、５ｂ、５ｃ：電極層
６ａ、６ｂ、６ｃ：圧電層
７ａ、７ｂ、７ｃ：電極層
８：導電線
２ａ、２ｂ、２ｃ：基板
３ａ、３ｂ、３ｃ：圧電素子
４ａ、４ｂ、４ｃ：セラミックス層
５ａ、５ｂ、５ｃ：電極層
６ａ、６ｂ、６ｃ：圧電層
７ａ、７ｂ、７ｃ：電極層
８：導電線
Claims (9)
- 基板に、圧電層と電極層を有する圧電素子が固定され、前記圧電素子の振動エネルギーによって前記基板を振動させ、振動エネルギーを出力する振動体であって、
前記基板と前記圧電素子との間に、厚さが前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満とされたセラミックス層が設けられ、
前記セラミックス層を介して前記圧電素子が前記基板に固定されていることを特徴とする振動体。 - 前記セラミックス層は、溶融したガラス成分を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の振動体。
- 前記セラミックス層に混合されている前記ガラス成分は、主成分として酸化ケイ素および酸化ホウ素からなり、前記セラミックス層のセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％以上、１０重量％以下、添加されていることを特徴とする請求項２に記載の振動体。
- 前記セラミックス層は、主成分は圧電層と同じ成分として構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動体。
- 前記圧電層は、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛を主成分として構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動体。
- 前記基板は、９９．５重量％以上、９９．９９重量％以下の純度のアルミナで構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動体。
- 前記圧電素子が、前記基板に対し前記セラミックス層を介して焼成により固定さていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動体。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動体を駆動動力源として構成されていることを特徴とする振動波駆動装置。
- 圧電層と電極層を有する圧電素子を、セラミックス層を介して基板に固定した振動体を製造する振動体の製造方法であって、
前記基板の上に、前記セラミックス層として溶融したガラス成分を含んだガラス粉末が混合されているセラミックス層を形成するに際し、
前記ガラス粉末として、必須成分として酸化ケイ素、酸化ホウ素と、さらに少なくとも１種類以上のアルカリ土類金属酸化物が含まれたガラス粉末を用い、
該ガラス粉末を前記セラミックス層のセラミックス粉末の重量に対して０．５重量％以上、１０重量％以下、添加したセラミックス層を、前記圧電層の厚さの０．５倍より大きく１倍未満の厚さで前記基板の上に形成する工程と、
前記基板の上に形成されたセラミックス層上に、前記圧電素子を形成する工程と、
前記基板と前記セラミックス層と前記圧電素子とを、同時に焼成してこれらを一体化する工程と、
を有することを特徴とする振動体の製造方法。
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- 2013-11-14 US US14/080,113 patent/US20140159543A1/en not_active Abandoned
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| Publication number | Publication date |
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| US20140159543A1 (en) | 2014-06-12 |
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